доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;
доктор химических наук;
doctor of chemical sciences;
В обзоре систематизированы результаты исследований, посвященных основным аспектам развития и применения гальванического замещения, включая синтез катализаторов, активных в электрохимических реакциях: выделения водорода и кислорода при электролизе воды, восстановления кислорода в топливных элементах, электрохимической конверсии CO2 и окисления спиртов. Рассмотренные работы последних лет демонстрируют, как гальваническое замещение обеспечивает формирование широкого спектра каталитических архитектур - от наноструктур типа «ядро-оболочка» и полых нанопластинок до высокоэнтропийных сплавов, одноатомных катализаторов и нано-, микроразмерных полиметаллических систем на основе 3d, 4d-металлов. Благодаря рациональному дизайну биметаллических поверхностей, деформации решетки и электронной модуляции активных центров достигнуты высокие каталитические характеристики, включая сверхнизкие перенапряжения (до 15 мВ в случае реакции выделения водорода и 203 мВ для реакции выделения кислорода) и эксплуатационную стабильность, превышающую 700 часов при промышленных плотностях тока. Особое внимание уделено методам in situ спектроскопии и квантово-химическим расчетам, которые раскрывают молекулярную природу повышенной активности и стабильности, связывая их с типом активных центров, характером межфазных взаимодействий и динамикой поверхностной реструктуризации. Обсуждаются ключевые задачи (масштабируемость синтеза, создание прогностических вычислительных моделей, снижение зависимости от металлов семейства платины и интеграция катализаторов в мембранно-электродные блоки), а также перспективные направления развития, включая расширение реакционного пространства на восстановление нитратов, переработку биомассы и использование нетрадиционных реакционных сред. Совокупность рассмотренных результатов позволяет позиционировать гальваническое замещение, как ключевую технологию синтеза электрокатализаторов нового поколения для устойчивой энергетики.
The review systematizes research on the main aspects of the development and application of galvanic replacement, including the synthesis of catalysts active in electrochemical reactions: the evolution of hydrogen and oxygen during water electrolysis, oxygen reduction in fuel cells, the electrochemical conversion of CO2, and the oxidation of alcohols. Recent studies have demonstrated how galvanic replacement can be used to create a wide range of catalytic architectures, from core-shell nanostructures and hollow nanoplates to high-entropy alloys, single-atom catalysts, and nano- and micro-sized polymetallic systems based on 3d and 4d metals. Owing to the rational design of bimetallic surfaces, lattice strain, and electronic modulation of the active sites, high catalytic performance has been achieved, including ultra-low overpotentials (as low as 15 mV for the hydrogen evolution reaction and 203 mV for the oxygen evolution reaction) and operational stability exceeding 700 hours at industrial current densities. Special attention is paid to in situ spectroscopic methods and quantum-chemical calculations, which reveal the molecular nature of increased activity and stability, linking them to the type of active centers, the nature of interfacial interactions, and the dynamics of surface restructuring. Key challenges (scalability of synthesis, development of predictive computational models, reducing the reliance on platinum-group metals, and integration of catalysts into membrane-electrode assemblies) are discussed, as well as promising development directions, including broadening the range of reactions toward nitrate reduction, biomass processing, and the use of non-conventional reaction media. Taken together, these results position galvanic replacement as a key technology for the synthesis of next-generation electrocatalysts for sustainable energy.