《Advanced Materials》期刊于2020年发表了题为”Active Site Engineering in Porous Electrocatalysts”的综述论文，通讯作者为吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室的Xiaoxin Zou教授团队，合作者包括美国罗格斯大学的Tewodros Asefa教授。这篇综述系统总结了多孔电催化剂活性位点工程的最新研究进展，重点探讨了其在五种关键电化学反应中的应用：析氢反应（HER）、氧还原反应（ORR）、二氧化碳还原反应（CO2RR）、氮还原反应（NRR）和析氧反应（OER）。

电催化与可持续能源转换的背景
论文开篇阐述了可再生能源（如光伏、水电和风电）发电的间歇性和不可预测性特点，提出了通过电催化技术实现电能与化学能相互转换的重要性。电催化反应可以将过剩电能存储在化学键中，实现H2O、N2和CO2等丰富资源在常温条件下转化为合成燃料（如氢气、氨气、碳氢化合物和醇类）。这一过程与反向的燃料电池技术共同构成了未来的水循环、氮循环和碳循环体系（图1）。然而，当前这些电化学反应面临催化效率低、选择性差等挑战，亟需开发高性能电催化剂。

理想电催化剂的活性位点特征
作者提出了理想电催化剂活性位点的三大标准（图2）：1）高本征活性，与表面原子和电子结构相关，可通过反应中间体的结合能反映；2）高表面密度；3）易于被反应物分子接近。通过异质原子掺杂、缺陷工程、应变调控和单原子位点构建等策略可以优化吸附能，提高本征活性。多孔材料因其比表面积大、活性位点密度高、传质效率好等优势，成为实现活性位点多目标优化的理想平台。

电催化活性位点的现有认知
文章系统总结了不同类型电催化剂的活性位点特征：
1）金属基催化剂中，不饱和配位位点（台阶、边缘、角落等）和缺陷位点（空位、晶界等）是主要活性位点。例如Ag纳米颗粒的边缘位点对CO2RR生成CO具有选择性，而角位点则倾向于发生HER竞争反应。
2）碳基非金属催化剂中，杂原子掺杂（N、O、S等）和本征缺陷位点（如五边形缺陷）可调控电荷分布和自旋密度，形成ORR活性位点。研究表明边缘附近的掺杂或缺陷位点（边缘效应）通常表现出更高活性。
3）单原子催化剂（SACs）通过金属-载体相互作用调节局部配位环境和电子转移特性。例如Fe-N-C位点对ORR表现出接近Pt的活性，而载体材料的缺陷位点有助于稳定金属中心并增强电子性质。

多孔电催化剂在各反应中的应用
1）HER催化剂：通过构建边缘富集的介孔MoS2、磷化物相变调控（如o-CoSe2|P）、氧空位工程（如MoO3-x）以及单原子位点锚定（如Pt/N-doped碳）等策略，显著提高了催化活性和稳定性。特别指出，Co掺杂可激活MoS2基面的惰性S位点，而P掺杂诱导的CoSe2相变产生新的P活性位点（δGH*=-0.08 eV）。
2）ORR催化剂：重点探讨了Pt基合金（如Pt3Y、PtNi）的配位环境优化、Fe-N-C单原子位点的孔隙边缘工程，以及N/S共掺杂碳材料的缺陷协同效应。研究发现边缘定位的Fe-N4构型（FeN4-6r-C2）相比完整位点具有更优的ORR活性。
3）CO2RR催化剂：系统分析了金属活性位点对关键中间体（COOH*、CO*等）的吸附能标度关系，指出多孔Ag的台阶位点本征活性是普通银晶体的20倍，而Bi2O3纳米管衍生的Bi催化剂对甲酸盐的选择性接近100%。

未来研究方向
作者最后提出了多孔电催化剂领域亟待解决的挑战：1）合成策略需要更精确控制活性位点的原子结构和空间分布；2）通过原位表征技术深化对活性位点的动态认识；3）建立标准化的性能测试协议；4）探索打破现有吸附能标度关系的新机制。特别强调，将孔隙工程与电子结构调控相结合，有望实现活性位点密度、可及性和本征活性的协同优化。

论文价值与亮点
这篇综述的价值在于：1）首次系统阐述了多孔结构在电催化剂活性位点工程中的多维优化作用；2）建立了”结构-活性位点-反应机理”的关联框架，为指导催化剂设计提供了理论基础；3）汇总了近年来具有里程碑意义的研究案例，包括介孔MoS2、缺陷Co0.85Se|P、单原子Pt/Co0.85Se等突破性工作。特别值得注意的是，作者提出的”多孔结构不仅增加活性位点暴露，还可能通过造孔过程直接创造高活性缺陷位点”的观点，为理解多孔催化剂的优异性能提供了新视角。