Электрокатализаторы реакции выделения водорода в щелочных электролитах: механизмы, проблемы и перспективные решения

Реакция выделения водорода в щелочной среде в настоящее время привлекает большое внимание в связи с устойчивым развитием водорода как альтернативного экологически чистого топлива для различных энергетических систем. Однако её кинетика замедлена из-за дополнительной стадии диссоциации воды. Поэтому современные катализаторы, демонстрирующие высокую активность в кислой среде, в щелочной среде существенно теряют каталитическую эффективность. В настоящем обзоре обобщены последние достижения, направленные на преодоление кинетических ограничений щелочной реакции выделения водорода, включая синтез материалов с модифицированной морфологией и электронной структурой для настройки активных центров, а также их применение в качестве эффективных катализаторов этой реакции. Сначала изложены основы реакции выделения водорода и её электрохимии, затем сформулированы требования к эффективному и стабильному катализатору в щелочной среде. Далее рассмотрены проблемы, связанные со щелочной реакцией выделения водорода, и ограничения существующих электрокатализаторов, а также перспективные пути их преодоления. Кроме того, описаны методы синтеза передовых наноструктур на основе углерода, благородных и недорогих металлов, а также их гетерогенных структур. Такие гетерогенные структуры представляют собой подходящие модельные системы для анализа роли строения и синергии в катализе щелочной реакции выделения водорода. В заключение приведены основные выводы и перспективы дальнейших исследований, которые могут способствовать настройке активных центров катализаторов и повышению их электрохимической эффективности.