電催化技術(shù)單擊此處添加副標(biāo)題匯報(bào)人：稻小殼目錄01電催化技術(shù)概述02電催化材料04電催化技術(shù)應(yīng)用05電催化技術(shù)挑戰(zhàn)06電催化技術(shù)研究進(jìn)展03電催化反應(yīng)過程電催化技術(shù)概述PART01定義與原理通過電極與電解質(zhì)界面電荷轉(zhuǎn)移加速反應(yīng)的催化作用電催化定義外加電場下，電極表面修飾物促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，催化劑本身不變電催化原理發(fā)展歷程19世紀(jì)法拉第提出電解定律，為電催化奠定理論基礎(chǔ)。早期探索0120世紀(jì)50年代鉑催化劑用于燃料電池，60年代Bockris提出“電催化”概念。體系化研究0221世紀(jì)單原子催化劑、原位表征技術(shù)推動(dòng)電催化研究走向原子尺度。現(xiàn)代突破03應(yīng)用領(lǐng)域能源轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存用于氫氣生產(chǎn)、電池及燃料電池制作，助力清潔能源發(fā)展環(huán)境治理修復(fù)高效處理有機(jī)無機(jī)污染物，推動(dòng)環(huán)保與土壤修復(fù)進(jìn)程綠色材料制備生產(chǎn)金屬、高分子等材料，實(shí)現(xiàn)高效環(huán)?？煽厣a(chǎn)電催化材料PART02常見電催化劑單原子、MOFs衍生材料，提升催化效率與穩(wěn)定性新型復(fù)合材料RuO?、NiFeLDH等，在析氧、氮還原中表現(xiàn)優(yōu)異氧化物與硫化物鉑、釕等金屬及鉑基合金，用于燃料電池等高效催化金屬與合金類材料性能對(duì)比活性高但成本昂貴，易聚集失活，需降低負(fù)載量并提高分散性貴金屬催化劑碳基多孔表面積大，黑磷納米片NRR活性和選擇性好非金屬催化劑種類多，MoS?邊緣活性高，MXene材料多反應(yīng)適用過渡金屬催化劑010203創(chuàng)新材料研究原子級(jí)分散活性位點(diǎn)，F(xiàn)e-N-C體系替代鉑基催化劑，優(yōu)化氧中間體吸附。單原子催化劑0102氧空位活化惰性鍵，MOFs衍生碳材料過電位低，穩(wěn)定性強(qiáng)。缺陷工程材料03多金屬協(xié)同電子結(jié)構(gòu)優(yōu)化，NiCo?(O-S)?加速多硫化物轉(zhuǎn)化，面積容量高。高熵合金催化劑電催化反應(yīng)過程PART03反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)物通過電子傳遞在電極表面形成吸附中間物，經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)步驟生成產(chǎn)物。電子轉(zhuǎn)移與吸附01電催化反應(yīng)包含兩個(gè)以上連續(xù)步驟，涉及化學(xué)吸附、電子傳遞及表面化學(xué)反應(yīng)。多步驟連續(xù)反應(yīng)02影響因素分析電極材料決定轉(zhuǎn)化機(jī)制，如鈦基涂層電極提升電催化活性電極材料影響溫度、pH值、電壓等條件顯著影響電催化反應(yīng)效率與產(chǎn)物反應(yīng)條件調(diào)控電解質(zhì)濃度與種類影響導(dǎo)電性及反應(yīng)路徑，如Cl-的間接氧化作用電解質(zhì)作用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)η為過電位，j為電流密度，b值反映反應(yīng)機(jī)理，如酸性HER中b≈30mV/dec表明Volmer-Heyrovsky機(jī)理主導(dǎo)塔菲爾方程解析d帶中心理論描述過渡金屬d電子與反應(yīng)物軌道相互作用，ΔG*H≈0時(shí)HER活性最佳，eg軌道填充數(shù)用于鈣鈦礦氧化物活性分析活性描述符作用電催化技術(shù)應(yīng)用PART04燃料電池密歇根州立大學(xué)與普林斯頓大學(xué)重構(gòu)缺陷鉑二硒化物，提升氧還原反應(yīng)活性與穩(wěn)定性。催化劑突破新型催化劑DEF-PtSe2特定活性提高1.3倍，質(zhì)量活性提高2.6倍，循環(huán)126000次性能無損。性能提升電解水制氫簡介：電催化驅(qū)動(dòng)水分解，制取高純氫氣，助力清潔能源。電解水制氫01電解水制氫為燃料電池汽車、分布式發(fā)電提供高純氫氣，推動(dòng)氫能經(jīng)濟(jì)。能源領(lǐng)域應(yīng)用02用于合成氨、石油化工加氫，提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少碳排放。工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用03有機(jī)合成利用電勢驅(qū)動(dòng)氧化，實(shí)現(xiàn)醇、醛等高效轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品，選擇性高。電催化氧化陰極陽極協(xié)同反應(yīng)，提升原子利用率，實(shí)現(xiàn)高效、綠色有機(jī)合成新路徑。成對(duì)電合成溫和條件下還原CO?等，合成高附加值有機(jī)物，如乙醇、乙酸，減少碳排放。電催化還原電催化技術(shù)挑戰(zhàn)PART05技術(shù)難題電極尺寸擴(kuò)大與操作條件優(yōu)化面臨挑戰(zhàn)，部分反應(yīng)性能未達(dá)工業(yè)要求。反應(yīng)可擴(kuò)展性01電催化技術(shù)固定與運(yùn)營成本過高，需改進(jìn)催化劑設(shè)計(jì)及操作條件以降低成本。成本高昂02當(dāng)前研究多集中催化劑機(jī)理設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)工程關(guān)注不足，缺乏協(xié)同利用研究。研究局限03環(huán)境與經(jīng)濟(jì)性01環(huán)境挑戰(zhàn)電催化面臨催化劑污染、反應(yīng)條件苛刻等環(huán)境問題02經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)催化劑成本高、能耗大，制約電催化技術(shù)商業(yè)化未來發(fā)展趨勢探索單原子催化劑、雙功能催化劑等新型材料，突破現(xiàn)有性能瓶頸。技術(shù)突破方向通過規(guī)?；a(chǎn)降低成本，推動(dòng)電催化技術(shù)在能源、環(huán)保領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)結(jié)合光電催化、串聯(lián)電催化等技術(shù)，構(gòu)建低碳、可持續(xù)的能源生產(chǎn)模式。跨學(xué)科融合電催化技術(shù)研究進(jìn)展PART06最新研究成果氟離子預(yù)嵌入技術(shù)使鈷基催化劑性能提升，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)應(yīng)用，顯著降低制氫成本。高效制氫催化劑中科院物理所團(tuán)隊(duì)研發(fā)新型鈣鈦礦氧化物，實(shí)現(xiàn)析氫析氧“一材雙效”，穩(wěn)定運(yùn)行超500小時(shí)。一材雙效催化劑中科院團(tuán)隊(duì)通過雙原子位點(diǎn)精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高效合成氨，揭示協(xié)同“接力催化”機(jī)制。雙原子電催化劑研究機(jī)構(gòu)與團(tuán)隊(duì)清華李亞棟團(tuán)隊(duì)開發(fā)高活性鉑單原子催化劑，中科大俞書宏團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)鋅空電池超長待機(jī)。頂尖團(tuán)隊(duì)突破廈大孫世剛團(tuán)隊(duì)揭示電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，中科院過程所張鎖江團(tuán)隊(duì)Nature發(fā)文突破燃料電池催化劑瓶頸。國際合作典范天大胡文彬團(tuán)隊(duì)建成噸級(jí)非貴金屬催化劑生產(chǎn)線，南開羅鋒團(tuán)隊(duì)