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生产“绿色氢”的电化学电解水技术对碳中和的全球使命具有重要意义。在高电流密度（HCD）下性能良好的电催化剂在该技术的工业实施中起着核心作用。近年来，这一领域取得了巨大的发展，设计和合成的许多催化剂都具有工业级的电流密度( >200 mA cm -2 )。
许多政府和组织为HCD电解水提出了不同的技术目标。根据 美国能源部(DOE) 的技术目标， 2015 年，在电池电压为 1.75 V 时，质子交换膜 (PEM) 水电解的电流密度要求为 1500 mA cm -2 ； 2040 年，在 1.66 V 时将达到 1600 mA cm -2 。
欧洲的燃料电池和氢联合企业 (FC HJU) 提出了更模糊的目标：到2030年 ， 碱性水电解用的电流密度为 800 mA cm -2 ，用于 PEM 水电解的电流密度为 2500 mA cm -2 。这些目标激发了在HCD条件下的电化学电解水的研究。
在过去的几年里，越来越多的催化剂被设计和测试，但只有少数催化剂处理与工业相关的电流密度。例如，2014年水电解主题论文1200余篇，其中HCD水电解论文约40篇。因此 ， 考虑到HCD对电解水大规模实施的重要性，需要付出更多的努力。
鉴于HCD电催化剂的最新研究进展， 清华大学深圳研究生院 刘碧录副教授和英国剑桥大学 Manish Chhowalla 等 人 首次综述了HCD电催化剂的设计进展。这里讨论的催化剂通常在电流密度大于200 mA cm -2 时测试。本文讨论了决定催化剂HCD性能的几个关键方面，包括催化剂的维度、表面化学、结构、电子传递路径和催化剂-电解质相互作用。同时 ，讨论了设计多尺度 HCD催化剂 的 进展 与 机遇 。 本文也回顾了装置和系统的设计以及水电解的经济分析， 但是没有做细节性的讨论。
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图1高密度电流(HCD)电催化剂的关键作用
图2 在HCD条件下的电子和传质过程的物理模型
图3在HCD条件下决定电催化剂性能的五个关键方面：催化剂的尺寸、表面化学、形貌、电子传递路径和催化剂-电解质相互作用
图4 低维催化剂的几个工程设计原理
图5 HCD电解水催化剂设计的几个关键方面
展望
（1） 深入了解HCD条件下的电化学界面；
（2） 开发HCD电催化剂的多尺度设计策略；
（3） 制定与工业使用相关的催化剂性能评价标准；
（4） HCD电催化剂未来发展的经济考虑。
文献 链接
Recent Advances in Design of Electrocatalysts for High-Current-Density Water Splitting.
https://doi.org/10.1002/adma.202108133