2025-01-30
原子级分散材料因其在能量转换和存储系统中具有高的原子利用率和卓越的性能而成为一个蓬勃发展的研究领域。与此同时，稀土（Rare earth，RE）元素由于具有较大的原子半径、较强的亲氧性和独特的电子性质等特点，常常在原子级分散材料中被用作氧化物载体和促进剂，来操纵和调节活性位点的电子结构。另外，在N掺杂碳上具有可调节配位环境的单原子RE金属具有特殊的电子态和优异的电催化性能。RE元素无论是在发展上的重要性还是在应用上的优异性能，都是电化学材料中不可缺少的重要成员，深入了解RE元素的电子调制机制，可以为构建具有高性能的RE基电催化材料提供指引。本综述从RE基原子分散材料的电子结构调控的角度出发，全面系统地概述了其在关键电催化领域的最新进展，并对电催化过程中材料的结构-性能关系进行了深入的理解，为推进RE元素在先进功能材料中的合理有效利用提供指导。研究成果以“Comprehensive Insight into Electronic Modulation of Rare-Earth Elements for Enhancing Electrocatalytic Performance of Atomically Dispersed Materials”为题发表于《Advanced Functional Materials》，论文作者为博士生曹晏珲，通讯作者为郑学荣教授和邓意达教授。
综述要点：
1. 文章首先概述了RE元素在基态下的基本性质，主要包括价电子构型，原子和离子半径变化规律，以及4f电子特性等性质。
2. 文章重点介绍了RE元素在原子级分散材料中的应用材料体系，分类讨论了RE原子在材料中的电子调控机制。
3. 文章系统地综述了RE基原子级分散材料在各种电催化领域中的应用，并结合其结构-性能构效关系讨论了RE元素增强电催化性能的机理，以及RE的电子调制机制如何在电催化过程中发挥作用。
4. 结合Ln金属的强亲氧性和较负的标准还原电位等特点，文章概述了RE基原子级分散材料的可控合成方法。
5. 文章最后结合通用合成、配位结构精准识别、构效关系的建立以及高端表征等方面指出了RE基原子级分散材料亟待解决的关键问题及有待深入探索的研究方向。
文章信息
Y. Cao, X. Zheng, Y. Deng, W. Hu. Comprehensive Insight into Electronic Modulation of Rare-Earth Elements for Enhancing Electrocatalytic Performance of Atomically Dispersed Materials. Adv. Funct. Mater. 2025, 2423158.
https://doi.org/10.1002/adfm.202423158
