1.3.6　電催化應(yīng)用

現(xiàn)在世界各國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展迅猛，提高各種電催化劑的催化活性對(duì)于實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能之間的有效轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來，利用外來元素對(duì)過渡金屬基電催化劑的改性正在迅速發(fā)展，而稀土元素因其特殊的結(jié)構(gòu)特征在各種元素中尤其受關(guān)注。稀土元素被用于調(diào)節(jié)和提高各種過渡金屬基電催化劑的催化性能，推動(dòng)了電催化技術(shù)的發(fā)展，在電催化領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注。雖然稀土電催化劑在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、機(jī)理研究和技術(shù)應(yīng)用方面還存在著挑戰(zhàn)，但在納米科學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展和幫助下，使得稀土電催化劑在各種電催化技術(shù)中都得到了廣泛應(yīng)用，其中包括析氫反應(yīng)（HER）、析氧反應(yīng)（OER）、氧還原反應(yīng)（ORR）、甲醇氧化反應(yīng)（MOR）和其他反應(yīng)。

在HER反應(yīng)中人們研究LaNi₅和MmNi₅，發(fā)現(xiàn)他們?cè)趬A性溶液中表現(xiàn)出比純鎳更好的電催化產(chǎn)氫性能。其次人們通過摻雜Ce離子和與CeO₂合成復(fù)合材料的方法來提高電催化劑的HER性能。除Ce基元素外，其他稀土元素對(duì)HER的催化活性也有促進(jìn)作用。

OER是一個(gè)比較遲緩和復(fù)雜的半反應(yīng)。可通過摻雜稀土元素使得OER活性提高，如在過渡金屬基電催化劑中摻雜Ce離子是調(diào)節(jié)其OER性能的一種可行途徑。另外，CeO₂的加入不僅提高了催化劑的活性，而且能夠維持催化劑的長期穩(wěn)定，CeO₂能保護(hù)金屬和合金免受腐蝕。CeO₂與其他過渡金屬電催化劑主體之間的相互作用對(duì)OER活性的促進(jìn)作用已經(jīng)得到了廣泛的研究和證實(shí)。

通過與稀土氧化物復(fù)合或者摻雜稀土元素以調(diào)節(jié)催化劑結(jié)構(gòu)和催化性質(zhì)可以提高ORR催化活性。一些典型的碳包裹的缺陷CeO_2-x、含N/S雙摻雜碳的Ce₂O₂S、CeO₂/還原的氧化石墨烯被報(bào)道作為ORR的催化活性材料。

在MOR反應(yīng)中，在電催化劑中引入二氧化鈰是調(diào)節(jié)其活性中心的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)以及防止貴金屬CO中毒從而提高其壽命的有效途徑。此外，CeO₂負(fù)載非貴金屬催化劑也能夠提高其對(duì)MOR的催化活性。

總而言之，稀土氧化物和其他稀土基（特別是Ce基）材料可顯著促進(jìn)多種電催化反應(yīng)的性能。