近日，四川师范大学物理与电子工程学院在高效三功能电催化材料研究方面取得新进展，并在能源领域期刊《INTER J HYDROGEN ENERG》（《国际氢能杂志》，IF=7.2，SCI二区TOP）发表了题为“Trifunctional electrocatalysts of single transition metal atom doped g-C4N3 with high performance for OER, ORR and HER”（通过单原子嵌入方法设计用于HER、OER和ORR的高效三功能电催化剂）的最新研究成果。论文第一作者为物理与电子工程学院硕士研究生杨丰瑞，通讯作者为李德华老师，四川师范大学为第一完成单位。该研究设计并计算得到了一种具备超低过电位的高效三功能电催化剂。

随着时代的发展，多功能高效电催化剂已成为清洁能源发展道路上重要的新需求之一。但困扰科研工作者的重要难题，仍然是效率和成本两座大山。一方面，虽然单功能和双功能电催化剂开发已经较为成熟，但同时具备析氢、析氧和氧化还原三种能力的材料，仍然非常稀少；另一方面，基底材料的制备和掺杂（嵌入）元素等因素也都是制约高性能电催化剂发展的障碍。因此，设计具备高效催化性能和经济优势的新型电催化剂对清洁能源的发展有着重要意义。其中，二维材料由于具备着更大的活性面积、更低的成本等优点，在多功能催化领域展现出了极大的潜力。

C4N3是近来合成的一种新型二维材料，其本身具备着大量的3N空位，并已被研究人员证明其在储氢和氮还原等领域都有着优异表现。本研究设计并计算了不同过渡金属（Ti～Cu、Zr～Ag、Hf～Au）嵌入C4N3的结构作为基底时的催化能力。通过第一性原理计算，发现当嵌入Cu时，体系Cu@g-C4N3在HER/OER/ORR三方面都表现出了极其优异的催化性能，从而优化了以往的高效多功能电催化剂需要掺杂（嵌入）贵金属这一问题。本研究为新型多功能电催化剂的设计及应用提供了新测策略。

附论文链接

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.298