由於使用化石燃料、對可再生能源的需求不斷增長，環境問題不斷升級，這刺激了可持續清潔能源技術的發展。其中，連續大規模生產氫對於氫能源經濟的成功至關重要。基於膜的水電解（WE）系統，例如質子交換膜（PEM）和陰離子交換膜（AEM）WE，由於其緊湊且可持續的制氫過程而成為非常有吸引力的技術。這些WE系統需要高活性和穩定的催化劑，以實現長期的效能穩定性，從而滿足商業化的經濟要求。然而，當前的研究主要集中在改善電解器的陰極上的氫逸出反應（HER）和陽極上的氧逸出反應（OER）的電極活性上，這為保持催化劑長期的效能提出了更大的挑戰。

為了將研究重點轉移到催化劑穩定性問題上，韓國高麗大學Kwangyeol Lee，慶北大學Sang-Il Choi綜述了在陰極和陽極反應（HER和OER）中實現催化劑穩定電化學（EC）效能的策略。綜述描述了基於催化劑溶解和團聚的HER / OER催化劑降解機理，並總結了在長期水電解操作中獲得穩定催化劑的代表性催化劑設計。另外，評估了改善HER / OER穩定性的各種策略，並提出了設計穩定催化劑的潛在有效指南。

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https://doi.org/10.1002/aenm.202003188

本文總結了影響催化劑的理化穩定性以實現穩定的長期WE效能的關鍵引數和設計策略。團聚、脫離和溶解是在所有反應條件下催化劑失活的主要因素。催化劑的團聚和分離通常與催化劑和載體材料的相互作用（或載體材料腐蝕）有關，而催化劑的溶解與催化劑材料的物理和化學性質有關。

為了解決這些問題，採用了摻雜和合金化（用於溶解）、保護層（用於溶解和團聚）和雙功能異質結構（用於團聚）的設計策略，從而影響了材料相、表面晶體結構和催化劑形態。對於HER，摻雜和合金化的催化劑具有更高的穩定性和<200 mV的低過電位。對於OER，在酸性和鹼性電解質之間觀察到在效能穩定性方面的顯著差異。如本綜述中所討論的，已經開發了獲得穩定的WE催化劑的多種策略。但是，在酸性和鹼性介質中有效的長期WE催化劑的設計仍面臨許多挑戰。

圖1.a）膜電解槽的示意圖。 HER和OER在b）酸性和c）鹼性溶液中的一般反應途徑。

圖2. a）對於各種催化劑，交換電流密度（i0）作為DFT計算的哈德的吉布斯自由能Had（ΔGH）的函式的火山形圖。 b）暴露Mo / W邊緣，S邊緣和Co促進的S邊緣的MoS2 / WS2顆粒，具有相應的ΔGH值。

圖3.金紅石RuO2（110）表面的示意圖

圖4.a）建議的碳載體上催化劑的降解機理，b）在水分解反應的潛在範圍內各種元素的Pourbaix圖。彩色圓圈表示每種反應條件下的材料失活因子，並描述了催化劑中使用的主要元素的相應形式。

圖5.a）在HER中，a）0.1 m H2SO4和b）0.05 mNaOH中Ru和Ir的溶解量。c）Pt分佈在降解的陰極上，以及與膜相鄰的陰極區域的STEM和元素對映影象。d）與電解質接觸的金屬（紅色）和啟停迴圈中的金屬溶解（黑色）。 e）針對所有材料在開路電勢下計算的HER溶解速率，以及在0.5 mA cm-2下在H2飽和HClO4中測得的相對於RHE的電勢。

圖6.a）在OER穩定性測試之前和之後，陽極/膜介面處未降解陽極和降解陽極的元素對映圖的比較。b）OER期間貴金屬的溶解度與Tafel斜率之間的相關性。c）透過熱化學（TC）和電化學（EC）方法制備的貴金屬氧化物形式的活性和穩定性以及相應的示意性氧化物結構的具有溶解途徑的簡化OER機制的示意圖。d）沒有晶格氧參與的結晶IrO2的經典機理。e）建議的機制為無定形IrOx和鈣鈦礦浸出，其中有活化的晶格氧參與。