摘要：燃料电池、水电解槽、金属-空气电池等清洁能源技术的核心依赖于一系列基于氧和氢的电催化反应，包括氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）和析氢反应（HER），这些反应需要高成本效益的电催化剂来提高能效。
燃料电池、水电解槽、金属-空气电池等清洁能源技术的核心依赖于一系列基于氧和氢的电催化反应，包括氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）和析氢反应（HER），这些反应需要高成本效益的电催化剂来提高能效。
近十年来，复杂金属氧化物（除简单的过渡金属氧化物、尖晶石氧化物和ABO3钙钛矿氧化物）因其特殊的晶体结构和独特的物理化学性质，已成为具有电催化活性的氧和氢电催化理想选材。
2024年12月11日，南京航空航天大学朱印龙教授/郭万林院士、南京工业大学邵宗平教授在国际期刊Chemical Society Reviews发表题为《Beyond conventional structures: emerging complex metal oxides for efficient oxygen and hydrogen electrocatalysis》的研究综述，朱印龙教授为论文第一作者，朱印龙教授、郭万林院士、邵宗平教授为论文共同通讯作者。
朱印龙，南京航空航天大学国际前沿科学研究院教授，国家海外高层次青年人才入选者（海外优青），南航“长空英才”。2017年在南京工业大学获博士学位 (导师：邵宗平和周嵬教授)；2018-2021年在澳大利亚莫纳什大学 (Monash University) 从事博士后研究、担任DECRA项目研究员 (合作导师：王焕庭院士)。2022年回国入职南京航空航天大学前沿院成立“清洁能源催化材料与器件”实验室。
朱印龙教授长期从事新能源材料与器件研究（燃料电池、金属空气电池、电催化/电合成等）。共发表SCI论文90余篇。
郭万林，南京航空航天大学教授，中国科学院院士，国家杰青（1996年），教育部“长江学者”特聘教授（1999年）。1981-1991年，在西北工业大学获学士、硕士和博士学位。
郭万林院士主要从事飞行器结构安全和智能化方面的力学理论和关键技术研究。目前致力于材料-结构-功能一体化、数字航空宇航结构工程、水伏学的研究。
邵宗平，南京工业大学教授。1995年本科毕业于原杭州大学（现浙江大学），2000年博士毕业于中科院大连化物所，2000-2002年在法国科学研究中里昂催化研究所作访问学者，2002-2005年在美国加州理工学院从事博士后研究，2005年加入南京工业大学。
邵宗平教授在能源储存和环境催化领域长期从事高质量的、创新性的研究。到目前为止，在高温固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、电解水制氢、锂离子电池、太阳能电池、低温催化、水处理、混合导体透氧膜等方向具有丰富的研究经验。在国际主流期刊包括Nature、Nature Energy、Nature Communications、Science Advance等上发表论文700余篇。
在这篇综述中，作者全面介绍了复杂金属氧化物在ORR、OER和HER电催化中的研究进展。
首先，作者简要介绍了ORR、OER和HER的一些基本概念，并详细介绍了复杂金属氧化物的物理化学特性、合成方法和结构表征。
随后，作者全面概述了已报道的用于ORR、OER和HER电催化的各种复杂金属氧化物，如双/三/四钙钛矿、钙钛矿氢氧化物、钙铁石、Ruddlesden-Popper氧化物、Aurivillius氧化物、锂/钠过渡金属氧化物、烧绿石、金属磷酸盐、多金属氧酸盐以及其他特殊结构的氧化物，重点介绍了促进它们性能和结构-性能关系的设计策略。
此外，作者还讨论了复杂金属氧化物在燃料电池、水电解槽和金属-空气电池中的实际应用。
最后，作者提出了一些总结性意见，总结了这一主题的挑战、展望和研究趋势。
图1：复杂金属氧化物在ORR、OER和HER中的主要成就的时间线
图2：复杂金属氧化物在氧气和氢气电催化中的示意图，总结这篇综述中包括的它们的物理化学属性、合成方法、结构表征和器件应用
图3：复杂金属氧化物的典型晶体结构
图4：用于复杂金属氧化物的典型合成方法的示意图
图5：用于探测复杂金属氧化物晶体和电子结构的几种表征技术的示意图
综上，这篇论文综述了复杂金属氧化物在氧和氢电催化反应中的应用进展，包括它们在燃料电池、水电解槽和金属-空气电池中的核心作用。
研究结果表明，这些复杂金属氧化物因其独特的晶体结构和物理化学特性，展现出比传统简单金属氧化物更优异的电催化性能，对于开发高效、低成本的电催化剂具有重要意义，有望推动可持续能源技术的发展。
Beyond conventional structures: emerging complex metal oxides for efficient oxygen and hydrogen electrocatalysis, Chem. Soc. Rev., 2024. https://doi.org/10.1039/D3CS01020A.
来源：华算科技