電催化中的層狀雙金屬氫氧化物使用

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層狀雙金屬氫氧化物( LDHs) 是由兩種或兩種以上金屬元素組成的金屬氫氧化物。由于組成易于調變、結構易于裁剪、并且易于與其他材料復合實現功能化等， LDHs在級電容器、二次電池及電催化等能源轉換和電化學儲能中應用突出。

LDHs作為催化劑

層狀雙金屬氫氧化物，是由帶有正電荷的(M2+, M3+)(OH)6八面體主層板和層間帶負電荷的陰離子及水分子堆疊而成。其活性位點主要存在于層板上的活性金屬離子。但LDHs 作為電催化劑時，大的不足是：

1. 堆疊的層狀結構使得其活性位點不能被充分利用；

2. LDHs導電性相對不足；

3. 不利于電子在產物之間傳輸。

故LDHs以下列三個方面來提催化劑的總體性能：

1. 利用改變LDHs 金屬離子、比例等來調控其活性位點的電子結構；

2. 利用其層狀結構易于裁剪的特征來調控其形貌；

3. 通過與其他材料雜化而實現功能化等來調控催化劑的界面作用

催化劑電子結構調控

調控層狀雙金屬氫氧化物電子結構的方法：

1. 陽離子規則和陰離子規則。利用層狀雙金屬氫氧化物的陽離子比例可調的特點，調節M³⁺/M²⁺的比例可以調節活性金屬的電子結構。

2. 陰離子調控及通過合適的方法制造空位缺陷也可調控電子結構。

3. 在層狀雙金屬氫氧化物中摻另一種金屬形成三元金屬氫氧化物。

4. 將價態 V、Mn 及Cr摻入LDHs 可調節LDHs 層板電荷密度，改變材料能帶寬度，增材料的導電性并暴露出活性位點，提催化性能。

5. 氮摻雜可改變活性位點周圍的電子結構，加快電子傳輸和氧析出中間體的吸附與脫附，提催化性能。

LDHs 作為催化劑載體

層狀雙金屬氫氧化物負載貴金屬催化劑，利用LDHs 和貴金屬納米粒子之間的協同作用，可加快OH-離子的傳遞，部分Pd活性位點，形成LDH-OHads中間體，而這些LDH-OHads中間體可與Pd- COads中間體相互作用形成CO2或者水溶性產物，釋放出催化劑表面的活性位點繼續參與催化反應。

LDHs 作為催化劑前驅體

以特定結構的LDHs為前驅體，對其進行保形硒化，可制備相應結構的金屬硒化物。而借助LDHs 的結構和形貌，保形后的硒化物具有比表面積較、活性位點充分暴露等。

對于基于層狀雙金屬氫氧化物材料設計電催化劑，可從以下三方面入手：

1. LDHs作為催化劑：利用組成和結構易于調變且易于與其他材料雜化等特點，調整其電子結構、形貌及界面相互作用來提其催化性能；

2. LDHs作為電催化劑載體：利用其比表面積大、形貌易于調控以及層板上羥基和均勻分散的金屬離子等負載催化劑，加其與催化劑之間的協同催化作用來提催化性能和穩定性；

3. 以LDHs為前驅體制備電催化材料：利用LDHs方法簡單、形貌多樣、組成易于調變等制備出特定結構的衍生物作為電催化劑，使得其適用范圍加，性能優。

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