一门课玩转电催化！《氢电转化相关电催化过程解析》免费试听！-科研资讯-科学指南针

【摘要】加入科学指南针的《氢电转化相关电催化过程解析》课程，深入掌握电催化剂设计策略（活性/选择性/稳定性）、HER/OER/ORR反应原理及前沿材料（如单原子催化、高熵合金）。免费试听课程，限时6.6折优惠价399元（原价599元），下单即赠电催化干货包（知识图谱+资料包）。由国家纳米科学中心赵慎龙研究员亲授，覆盖d带中心理论、Sabatier原理及实战案例，助你破解催化剂失效难题。

在当下的科研与工业领域，电催化的重要性日益凸显，但理论学习和低成本高性能催化剂的设计却困难重重......为此我们带来《氢电转化相关电催化过程解析》课程，助你科研快人一步：掌握高效电催化剂设计策略，学习设计低成本高性能催化剂；提升关键催化反应性能认知，深入理解HEROERORR等反应的活性和稳定性；解析氢电转化器件的关键瓶颈，破解真实反应环境中催化剂失效难题。

课程免费试听，下单赠电催化干货包

学完收获

1. 核心掌握电催化剂的活性、选择性、稳定性三大维度设计策略与评价标准。

2. 深度解析单原子催化、高熵合金、MOFs等前沿材料体系的设计。

3. 透彻理解d带中心理论、Sabatier原理等指导设计的关键理论模型。

4. 深入解读ORR/OER/HER反应的核心瓶颈与主流优化方案。

5. 高效学习Fe-N-CORR催化剂等经典案例提升实战能力。

6. 前瞻了解机器学习辅助设计、非贵金属催化剂趋势，掌握绿色氢能器件集成应用关键。

讲师介绍

赵慎龙 | 国家纳米科学中心研究员、博导

国家海外人才项目获选者

研究主要集中在先进材料制备以及可再生能源技术开发。至今，已在国际知名学术期刊上发表论文100余篇，H因子55，被引14,000余次，ESI前1%高被引论文40篇。其中以第一/通讯作者发表文章50余篇包括Nat. Energy、Nat. Commun. , Sci. Adv.、Chem、Matter、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.，ACS Nano 等。

课程大纲

1.电催化领域的前沿信息

1.1 前沿信息

研发端：当前电催化技术创新研发的最前沿（ORR/OER/HER）

应用端：燃料电池、电解水技术发展前沿概况

1.2 技术解读

关键理论分析：电化学反应的热力学与动力学

关键计算分析：Sabatier原理与火山型曲线

关键过程分析：浓差、扩散与电极极化

关键表征分析：过电位、Tafel斜率与交换电流密度

2.电催化剂的设计：核心挑战与策略

2.1 电催化剂性能评价标准

活性：电流密度、过电位、Tafel、EIS、TOF

稳定性：it、循环伏安（CV/LSV）加速老化

选择性：法拉第效率，

成本：材料成本，工艺成本

2.2 活性设计和技术表征策略

电子结构调控（d带中心理论）

表面工程（缺陷、晶面调控）

界面工程（异质结构、合金化）

关键测试和表征：原位TEM、原位XPS、同步辐射XRD、HRTEM、EPR、Raman、XAFS。

2.3 选择性设计和技术表征策略

竞争反应抑制（晶面调控、表面修饰）

中间体吸附调控（双活性位点协同）

局部微环境调控（电解质工程、限域效应）

关键测试和表征：XRD、XPS、SEM、HRTEM、DEMS、AC-HRTEM，XAS。

2.4 稳定性设计和技术表征策略

抗溶解方案（合金化/核壳结构）

抗氧化方案（单原子，强载体作用（SMSI））

抗团聚方案（高稳定性载体TiC）

关键测试和表征：原位TEM、原位XPS、原位XAFS、HRTEM、STEM、EPR、Raman。

3.电催化关键反应研究

3.1 ORR/OER/HER反应原理

酸性介质

ORR酸性介质：O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ →2H₂O

HER酸性介质：2H⁺ + 2e⁻ → H₂

OER酸性介质：2H₂O →O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

碱性介质

ORR碱性介质：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ →4OH⁻

HER碱性介质：2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻

OER碱性介质：4OH⁻ →O₂ + 2H₂O + 4e⁻

3.2 催化剂面临的挑战

ORR: 高过电位、缓慢动力学、Pt基催化剂成本高

HER: 酸性介质腐蚀、碱性介质动力学缓慢

OER: 高过电位、酸性介质稳定性差

3.3 当前催化剂主流设计策略

ORR催化剂

Pt基合金材料（Pt-Co、Pt-Ni）：配体效应、应变效应

单原子催化剂（SACs）：最大化原子利用率

非金属碳材料（N掺杂碳、石墨烯）：缺陷工程

HER催化剂

磷化物（Ni₂P、CoP）: 调控H*吸附能

MoS₂基材料: 边缘活性位点调控

高熵合金（HEA）: 多元素协同效应

OER催化剂

氧化物（IrO₂、RuO₂）: 氧空位调控

氢氧化物（NiFe-LDH）: 层状结构优化

MOF衍生材料（Co-MOF）: 多孔结构增强传质

3.4 主流催化剂设计案例分享

ORR催化剂：商用Pt/C vs. Fe-N-C催化剂性能对比

活性设计：Fe-N₄位点优化O₂吸附和解离。

稳定性设计：石墨化碳层包裹Fe-N₄，防止Fe溶出。

选择性设计：抑制两电子路径生成H₂O₂。

HER催化剂：MoS₂/Ni₂P异质结构在碱性HER中的应用

活性设计：边缘硫空位增强H*吸附

稳定性设计：与导电基底（如碳布）强结合，防止脱落。

选择性设计：酸性条件下抑制金属溶解副反应。

OER催化剂：NiFe-LDH在碱性电解水中的应用

活性设计：Ni³⁺-O-Fe³⁺活性位点降低*OOH形成能垒

稳定性设计：层状结构抑制相变

选择性设计：在含Cl⁻电解液中选择性OER

4.总结与未来展望

4.1 电催化材料的未来发展方向

非贵金属催化剂、单原子催化、机器学习辅助设计

4.2 绿色能源技术的集成应用

燃料电池、电解水制氢

课程案例

期刊：Nature Catalysis

题目：Step bunching instability and its effects in electrocatalysis on platinum surfaces

该研究从结构上揭示了这种异常变化的催化反应性质的原因是密集的相互靠近的台阶导致（多个台阶空间上靠近聚集在一起）。这项研究对电化学领域普遍认为的台阶表面结构产生挑战，通过这个测试的台阶聚集解释了异常的高台阶密度表面结构，对相关报道的催化活性和零电荷的异常变化给出比较合理的解释。

期刊：Nat. Catal.

题目：A strongly coupled Ru–CrOx cluster–cluster heterostructure for efficient alkaline hydrogen electrocatalysis

该研究开发了一种由结晶态钌簇（Ru）和非晶态氧化铬簇(CrOx)构成的簇-簇异质结构催化剂(Ru–CrOx@CN)，通过强耦合的簇-簇界面产生独特的界面渗透效应，优化了反应中间体在每个簇上的吸附能。该研究通过实验和理论计算验证了界面耦合作用对催化性能提升的关键作用，为设计高效氢能催化剂提供了新思路。

期刊：Angew. Chem. Int. Ed. Nat. Commun.

该研究通过石墨化碳层(或多层石墨碳壳)包覆Fe-N4位点的稳定性设计，提高其在酸性介质中抗氧化与抗Fe2/Fe3·溶出能力;构建限域配位结构或形成强配位场环境,提升Fe原子锚定强度,防止因热或电化学应力引起的迁移和团聚。可显著延长Fe-N4位点的电化学寿命,在长时间测试中可保持80-90%初始性能。