▲第一作者：李宁 ;通讯作者:刘江，董宝霞，兰亚乾
论文DOI：10.1002/anie.202008054 本论文首次综述了多酸（POM）基化合物（具有明确的晶体结构）作为催化剂用于光/电催化产氢（HER），产氧（OER）以及二氧化碳还原（CO2RR）反应。文章内容主要涉及针对上述光/电催化反应的基本介绍，相应的多酸基化合物催化剂类型和已取得的重要突破，并且最后对多酸基化合物在提高光/电催化性能方面的优势、挑战、策略以及展望进行了讨论。由于多酸基衍射物（如碳化物，硫化物等）已失去原型多酸基化合物的固有结构特征，因此它们的催化性能不在本文介绍范畴。近年来，为了满足全球能源需求，不可再生化石燃料（如煤、石油等）的持续急剧消耗已经引发了严重的能源危机和相应的环境问题。尤其是大气中人为CO2的高浓度排放，已经导致了全球气温升高。根据国际能源署（IEA）报告，全球能源相关的CO2排放量在2019年达到了历史最高的33.0亿吨，预计到2035年将增加到36-43亿吨。在这种情况下，解决这些问题的最佳和最根本方法就是寻找可再生和清洁的替代能源，以及实现CO2的有效转化和利用。光/电催化分解H2O和还原CO2反应被认为是最有希望解决上述问题的高效、可持续途径，因为它们可以利用低成本和可再生的太阳能或电能作为驱动力来完成能源生产和转换。一方面，水的光/电催化分解可以产生环保型的氢气（H2）和氧气（O2）。其中，氢气因其清洁的燃烧特性和高能量密度，是替代传统化石燃料的理想能源载体。另一方面，CO2的光/电催化还原反应可以得到高附加值的碳氢燃料或化工产品，可以进一步服务人类。多金属氧酸盐（又称“多酸”，POMs）是一大类金属氧化物(金属涉及VV、MoV、NbV、TaV、MoVI、WVI等)，属于晶态的无机团簇，它们常常表现出优异的物理和化学性质。目前已经有大量POM基化合物结构被报道，并且它们相应的性能（如溶解度、氧化还原能力、酸性、热/化学稳定性）可以通过改变结构组成元素、有机桥连组分和结构维度来调控。此外,许多POM结构还可以作为次级构筑单元被进一步组装成共价键/配位键连接的有机-无机杂化材料。最重要的是，POM基化合物通常可以在保持结构稳定的同时显示可逆的多电子氧化还原转换，这一特性使得它们在光电催化H2O分解和CO2还原反应研究中受到了重要的关注。到目前为止，许多POM基化合物（包括POM团簇、POM@MOFs、POMOFs和POM@底物）在光/电催化HER、OER以及CO2RR反应中得到了广泛的研究并取得重要性突破（图1）。但是，领域内依旧存在一些严重的问题需要被进一步解决。例如，一方面，在光/电催化测试条件下，许多POM基化合物的结构稳定性仍然不足（有时可能在表面分解产生其他物质），单晶尺寸较大的催化活性较低等问题。另一方面，目前报道的大部分POM基化合物是绝缘的，导电性较差，成为制约其光/电催化性能提高的重要因素。▲图1. POM基化合物用于高效光/电催化HER、OER和CO2RR反应。
基于目前POM基化合物作为光/电催化剂的研究现状，我们在这篇文章中，主要梳理了各类POM基化合物作为HER、OER和CO2RR反应的光/电催化剂的优势、最新进展和挑战。最后，我们总结了POM基化合物作为光/电催化剂的优势和挑战，并提出了提高其性能的一些策略和未来的发展前景（图2）。我们希望通过该文章的总结和观点，可以为设计和发展高性能POM基化合物光/电催化剂提供更多见解和机会。▲图2：POM基化合物在光/电催化应用中的优势、挑战、策略和前景。
董宝霞，扬州大学化学与化工学院教授，博士生导师，致公党党员。2007年毕业于东北师范大学多酸教育部重点实验室无机化学专业；2007-2011年先后在日本大阪产业技术综合研究所和广岛大学开展博士后工作，期间荣获2007年日本学术振兴会资助(JSPS)。2012年经江苏省引凤工程引进入职扬州大学，2017年获江苏省六大人才高峰支持。研究工作围绕功能化无机配合物、多金属氧簇展开，近年来针对能源的存储与转化及高效电极材料着重研究。在SCI期刊上发表学术文章60余篇，主持两项国家自然科学基金项目。
兰亚乾, 南京师范大学化学与材料学院教授, 博士生导师。主要从事配位化学研究，致力于晶态材料在能源领域的应用探索。2009年获得东北师范大学物理化学博士学位，2010-2012年日本学术振兴会(JSPS)博士后，日本产业技术综合研究所（AIST）关西中心外国人特别研究员，2012年底加入南京师范大学。独立工作后获第四批国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、教育部青年长江学者奖励计划、国家优秀青年科学基金、江苏省“双创团队”领军人才、江苏省杰出青年基金等人才称号。近五年来以通讯作者在Nat. Commun. (3)、J. Am. Chem. Soc. (6)、Angew. Chem. Int. Ed. (9)、Adv. Mater. (1)、Matter (2)、Chem (1)、Natl. Sci. Rev. (2) 等期刊上发表通讯作者论文130余篇。论文被他引13000多次， ESI高引论文21篇，个人H-index 60。
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