专治白癜风医院 http://m.39.net/pf/bdfyy/电催化及其催化材料在新能源开发和使用中起着举足轻重的作用。而二维层状材料因其具有较高的比表面积和独特的电子特性可作为很好的电极材料，在电催化和储能中应用广泛。
层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxides，LDHs)是一类由两种或两种以上金属元素组成的金属氢氧化物主层板和层间的阴离子及水分子相互交叠所构成的结构类似于水镁石的阴离子型黏土矿物。由于其价格低廉、合成方法简单、组成(层板上的金属离子的种类与比例、阴离子的种类等)易于调变、结构(层数、层间距等)易于裁剪、并且易于与其他材料复合实现功能化等优点，LDHs在超级电容器、二次电池及电催化等能源转换和电化学储能中表现出良好的应用前景。
而本文主要从LDHs作为催化剂、催化剂载体以及电催化剂前驱体三个方面综述LDHs在电催化领域的研究进展。
LDHs作为阳极析氧反应(OER)催化剂
电解水是高效制取清洁能源(H2)和高纯氧气的重要技术。电解水包括两个半反应:阳极析氧反应和阴极析氢反应。而阳极完成析氧反应需要转移四个电子，反应动力学相对缓慢，导致OER进程较为困难，因此，推进OER反应进程是提高电解水效率的关键。理论上，标准状态下OER的氧化电位为1.V，但是由于电极材料的不良因素，诸如活化能高、电荷转移受阻电解质扩散缓慢以及产生气泡等，实际操作电压往往是理论值的近1.5倍。
虽然Ir、Ru、IrO2、RuO2等贵金属和贵金属氧化物OER催化活性高，但是自然界储量少、价格昂贵、稳定性差等因素限制了其大规模应用。所以，研究者们一直在积极探索低成本、高活性的催化剂来取代这些贵金属催化剂。在过去的一段时间内，自然界含量丰富的过渡金属氧化物、过渡金属羟基氧化物以及过渡金属氢氧化物作为电解水析氧反应的催化剂被广泛研究。而层状双金属氢氧化物因其组成和结构易于调变等优势被视为取代贵金属最理想的催化剂。
年斯坦福大学戴宏杰团队在JACS发文报道了NiFe-LDH/CNTs对水氧化具有很高的催化活性。在此基础上，研究者们对LDHs电解水展开了大量的研究，试图提高其催化性能以满足大规模应用的要求。
（DOI：10./ja）
层状双金属氢氧化物是由带有正电荷的(M2+,M3+)(OH)6八面体主层板和层间带负电荷的阴离子及水分子堆叠而成，且其活性位点主要存在于层板上的活性金属离子。
但是，LDHs作为电催化剂时，其最大的不足就在于堆叠的层状结构使得其活性位点不能被充分利用，以及LDHs导电性相对不足，不利于电子在电极-催化剂-反应物(产物)之间传输。
所以，在LDHs催化剂设计方面，可以利用改变LDHs金属离子种类、比例等来调控其活性位点的电子结构，利用其层状结构易于裁剪的特征来调控其形貌以及通过与其他材料杂化而实现功能化等来调控催化剂的界面作用三个方面来提高催化剂的总体性能。
1.催化剂电子结构调控
催化材料的电子结构直接影响催化剂的固有活性，调控活性位点的电子结构可以有效地改变活性位点与中间产物的作用力，促进反应物的吸附和产物的脱附，从而提高催化性能。而阳离子规则和阴离子规则是调控层状双金属氢氧化物电子结构最有效的方法。
所谓阳离子规则就是用其他阳离子取代金属化合物中部分金属阳离子来改变其活性位点的电子结构。利用层状双金属氢氧化物的阳离子比例可调的特点，调节M3+/M2+的比例可以有效调节活性金属的电子结构。
而在层状双金属氢氧化物中掺入另外一种金属形成三元金属氢氧化物也是调节催化剂电子结构的有效手段。事实上，Ni、Co及Fe基LDHs在碱性条件下显示出优异的OER特性。而在含有两种活性元素的NiFe-LDH中掺入Co离子，不仅可以引入Co活性位点，而且可以调整LDHs的电子结构，大大降低反应的活化能，同时增大催化剂的比表面积，提高催化活性。
另外，将高价态V、Mn及Cr掺入LDHs亦可以有效地调节LDHs层板电荷密度，改变材料的能带宽度，增强材料的导电性并暴露出大量活性位点，从而提高催化性能。
对层状双金属氢氧化物而言，阴离子调控及通过合适的方法制造空位缺陷也是调控电子结构的重要手段。研究表明，在氩气气氛中对LDHs进行干法剥离不仅可以得到片层LDHs，提高比表面积，暴露出大量的活性位点，还可以获得大量的空位，提高电子传输能力，从而提高材料的催化活性。此外，酸蚀的方法亦可以刻蚀掉层板上的部分阳离子形成空位，使得层板上的电荷重新分配，达到提高催化活性的目的。
（DOI：10./adfm.）
湖南大学王双印课题组发表在Adv.Funct.Mater.的一篇工作（上图）的研究表明，在氮气气氛中利用等离子技术来原位剥离层状双金属氢氧化物，不仅可以制造大量的缺陷，增加活性位点，还可以实现氮掺杂。而氮掺杂也可改变活性位点周围的电子结构，加快电子传输和氧析出中间体的吸附与脱附，从而提高催化性能。
2.催化剂形貌调控
在催化剂的设计过程中，设计者往往希望充分暴露和利用催化剂的活性位点。对于LDHs这类层状材料而言，通过一定的形貌调控可以充分暴露出这些活性位点并提高其催化性能，而制备纳米级甚至单层LDHs是重要途径。
（DOI：10./n
