中国稀土学报杂志投稿格式参考范文：稀土尖晶石型电催化剂性能研究进展

　　随着全球人口和产业不断增长，能源需求愈发增大。化石能源使用所带来的环境风险日益增多，对新型高效清洁能源的需求更加迫切。电化学能源转化与储能具有高储能、连续性的特点，被认为是最具潜力的能源转换与储能方式之一。其中，电解水制氢是具有巨大前景的清洁可持续制氢技术，可充放式锌 - 空气二次电池因其高比能量密度有望成为下一代新能源电池，电催化二氧化碳还原亦是一类具有成本小、高效益且环保的反应。然而，此类电化学储能技术发展受限于传统贵金属以及贵金属复合物催化剂的价格昂贵、催化稳定性差等问题。因此，寻求成本低廉、性能优异的非贵金属型催化剂替代贵金属催化剂的研究和开发广受关注。近年来，对稀土钙钛矿、尖晶石以及金红石型化合物等非贵金属催化剂研究明显增多。

　　尖晶石型化合物是符合AB2X4式、具有特定结构的一类化合物，且不同元素能够占据不同位点，因此，尖晶石型化合物被认为是具有潜在应用价值的非贵金属型催化剂之一。其中，含有 Fe、Co、Ni 和 Cu 等具有电化学活性的过渡金属的尖晶石型化合物常被用作电化学反应的催化剂。由于在部分电化学催化反应中其催化性能仍无法完全达到贵金属催化剂的性能，所以利用掺杂工程、界面构筑和形貌调控等策略优化尖晶石型化合物成为近些年来的研究热点。稀土在光学、磁学以及催化等领域具有广泛的应用，稀土在电催化领域的应用与研究也逐年增长。由于稀土元素大多具有未充满的 4f 轨道，它在能源转换领域中能够起到调控过渡金属基催化剂电子结构的作用。另外，稀土独特的荧光效应有利于催化反应实时检测。因此，稀土在有效地调控尖晶石型化合物的电催化性能方面具有潜力。

　　近年来，稀土调控催化剂的研究逐渐增多，主要研究集中于贵金属催化剂与稀土掺杂或复合上，例如Pt3La、Pt2Ce、Au−CeO2等。随着能源催化发展，人们逐渐将研究重点聚焦于稀土和非贵金属催化剂结合，例如PrO2−NC、RE - 掺杂的 CoP/CC、Gd2O3−Co等。迄今，对于稀土修饰尖晶石型化合物的研究还较少，对稀土–尖晶石型化合物性能研究进展的总结与分析未见报道，为此，本文以尖晶石型化合物为主体，分析了稀土元素引入方式和作用机理，综述了近年来稀土修饰尖晶石型催化剂的调控手段，以及在能源催化领域的应用研究，并对该领域的研究进行了总结和展望。

　　1 尖晶石型催化剂

　　1.1 尖晶石型化合物的结构

　　尖晶石型化合物符合通式

　　AB2X4，其中 A、B 均为金属离子，X 为非金属离子，以氧、硫元素为主，少部分含氮、卤素;尖晶石型化合物是典型的离子立方晶体，空间群是Fd3m。A 位金属一般占据四面体配位中心，B 位金属则占据八面体配位中心，阴离子位点占据四面体和八面体位点的顶点外，连接八面体中心金属和四面体中心金属，形成边角共享双八面体结构单元、边角共享八面体四面体结构单元。相对于八面体间隙，四面体间隙较小，因此 A 位点更容易被半径较小的金属占据，而较大半径的金属则倾向于占据八面体位点。

　　在尖晶石AB2X4中，金属 A 一般表现为 + 2 或 + 4 价，金属 B 呈 + 2 或 + 3 价，阴离子 X 通常是 - 2 价，因此根据电中性原理，尖晶石结构公式可写为Brk 等报道了 180 多种二元和三元尖晶石化合物的参数，其中可形成尖晶石化合物的 A 金属有 Cd、Co、Cu、Fe、Ge、Hg、Li、Mg、Mo、Ni、Rh、Pd、Si 等，B 金属有 Al、Cr、Fe、Ga、In、Rh、V、Mn、Co 等。在能源催化领域中，含有 Li、Mn、Ni 等元素的尖晶石化合物常可用作锂离子电池的正极，含 Ni、Mn、Co、Fe、Cu 等元素的尖晶石化合物则常用于电催化反应。

　　尖晶石化合物通常具有两种或两种以上的金属，分别占据四面体占位和八面体，所以 A、B 金属以不同的比例占据四面体和八面体间隙。根据上述金属离子不同占比，尖晶石化合物可分为正尖晶石、反尖晶石、混合尖晶石化合物。如图 2 所示，用 λ 表示尖晶石结构的反转程度，将尖晶石化合物通式改写为尖晶石型化合物中 A–O 与 B–O 是较强的离子键，离子键的静电强度相等、结构牢固，表现为硬度大、熔点高、耐高温以及耐碱性等特性。因此，尖晶石型化合物具有位点多变可调、组分丰富以及电子结构独特等优势，使其在材料合成、电催化领域都具有重大研究价值。

　　1.2 尖晶石型化合物的制备

　　尖晶石化合物常见的制备方式包括固态合成法、溶胶 - 凝胶法、共沉淀法、水 / 溶剂热法、电沉积法、微波合成法等。近些年，蔓延燃烧法、离子交换法、微乳液法、静电纺丝法等合成方法也开始被广泛研究。通过改变合成方法能够有效地调控形貌、结晶度、孔径大小、比表面积等结构特性，得到不同结构特征的尖晶化合物。例如，利用固相法合成，通过高温退火制备得到的尖晶石化合物多表现为高的结晶度，易获得高稳定性的催化材料，但该方法难以实现对形貌、比表面积等表面结构的有效调控;溶胶凝胶法是将金属前体溶于水或者乙醇溶液，进而加热搅拌形成凝胶，退火后得到尖晶石相纳米材料，该方法有利于形成多孔蓬松的结构，但难以实现对颗粒大小和形貌的控制合成。微波合成法、静电纺丝法以及蔓延燃烧法苛刻的合成条件限制了这些方法的大范围应用。而水 / 溶剂热法能够有效调控催化剂的形貌，电沉积合成操作过程简单且应用广泛，因此，水 / 溶剂热法和电沉积法成为近些年尖晶石型化合物的主要合成方法。

　　水 / 溶剂热法操作简便、适用范围广，已成为制备尖晶石化合物的最常用方法之一。溶剂热法将金属盐前体和沉淀剂溶于溶剂中，在特定温度下对体系进行加压处理，通过退火或硫化等手段来制备相应的尖晶石化合物。水 / 溶剂热法的优势之一在于通过调控溶剂、改变温度以及沉淀剂种类可得到具有特定形貌的尖晶石化合物。此外，水 / 溶剂热法还可以调控材料暴露晶面、表面粗糙度等;进而通过该方法将材料生长在所需载体上，可用来进一步拓展应用。

　　除了水 / 溶剂热法，电沉积合成是一类广受关注的合成方法，它具有成本低、操作简单和效率高等特点，同时也克服了水 / 溶剂热法因高压条件而难以工业化的问题。电沉积法是基于典型三电极体系的合成方法，工作电极、对电极以及参比电极。电沉积过程主要受以下几个因素影响，沉积金属颗粒的化学性质、电解液浓度、pH 值、温度、电流密度以及工作电极结构等。电沉积法是在电场作用下的简易合成方法，具有工业化推广的应用潜力，因此被广泛研究和应用。

　　1.3 尖晶石型催化剂调控策略

　　目前，常用于尖晶石型催化剂的调控手段包括形貌 / 晶面调控、缺陷工程、异质元素引入、位点调控等方式。加拿大滑铁卢大学陈忠伟课题组通过缺陷工程和形貌工程协同调控尖晶石氧化物，调控尖晶石结构四面体占位和八面体占位也是有效优化其催化性能的重要手段。南洋理工大学徐梽川课题组研究发现尖晶石氧化物的 OER 催化性能本质上是由四面体和八面体位点之间的共价竞争主导的，上述的竞争形成了不对称结构单元，较弱的 M–O 共价键决定了所暴露的阳离子位点，从而决定活性位点。兰州大学席聘贤课题组通过原位析氧策略调控具有最高的表面八面体占位，有利于进行反应的 2e−路径，进而产生表面从过氧状态转变到缺氧状态，Ni、Mn 位点通过位点间有效电子转移提高催化活性。对四面体和八面体位点调控是尖晶石化合物结构所特有的，但是仍有些问题需进行深入研究，例如双金属尖晶石 A、B 位点贡献程度，引入异质结构对尖晶石结构以及催化过程的影响等。

　　2 稀土促进型电催化剂的研究进展

　　稀土元素(REs)位于元素周期表 ⅢB 族，包括钪、钇以及镧系共 17 种元素，表现出较为相似的化学性质，同时每个元素也表现出独特的电子特性。由于稀土元素在 4f 轨道上多样的电子跃迁方式、未充满 4f 电子层、价态可变等特性使得稀土元素在光功能材料、磁性材料、热催化以及光催化领域发挥着重要作用。镧系元素具有相似的基态电子构型，6s 轨道上与 5d 轨道上的两个电子以及 4f 轨道上的一个电子相对容易失去。镧系元素的 5s 和 5p 轨道的能量比 4f 轨道能量低，但 5s 和 5p 轨道比 4f 轨道更加离散;稀土元素的价态一般为 + 3 价，能够形成稳定的三价化合物，表现为稳定性的电子逐渐占据 4f 轨道的趋势。在 5s、5p 轨道的屏蔽作用下，4f 轨道显示出化学惰性，因而含有 4f 轨道的稀土元素能够作为过渡金属活性催化剂的电子调制器。4f 轨道和 5d 轨道的波函数杂化重叠，导致 4f 轨道高度局域化。近年来，稀土元素在电催化领域的研究呈增长趋势，例如，等稀土修饰型电催化剂。关于稀土元素电催化性能的研究可以追溯到 1975 年 Miles 报道了LaNi5合金在碱性析氢中的应用。结合稀土元素独特的 4f 电子轨道、丰富的价态变化、强亲氧性等特征，通过元素掺杂、构筑异质结构以及形成化合物等方式修饰电催化剂，调控其催化性能。

　　2.1 稀土修饰电化学催化剂原理

　　稀土元素的 4f、5d 轨道与过渡金属的 p 轨道、d 轨道的重叠和杂化，有助于稀土元素的能级裂分，使得 4f 电子产生离域现象，可用于调控过渡金属材料的电荷密度、能级中心等电子结构，进而有效调控金属位点与吸附中间体的相互作用。因此，稀土的 4f 轨道能够作为电子调制器调控催化剂的电子结构。南京师范大学付更涛课题组就稀土 4f 轨道 “电子结构调制器” 作用进行了相关探索。研究者以 Ce 单原子与载体 CoO 结合的催化剂(P-CeSAs@CoO)作为模型催化剂，P-CeSAs@CoO 催化剂中具有 Ce–O–Co 单元活性位点，形成了 4f-2p-3d 梯度轨道耦合结构，Ce 4f 轨道作为电子缓冲带可有效强化 Co–O 键。

　　通过调制 Co–O 键的共价性，使得 Co 位点在 OER 过程中与氧中间体产生了额外的自旋选择性偶联，打破氧中间体的线性关系，提高催化性能;此外他们还报道了稀土 Er 掺杂 NiFe-LDH，该材料表现出优异的 OER 活性，Er 位点掺杂使得表面电荷发生再分配，促进价电子的自旋翻转，有利于削弱自旋翻转禁阻效应;他们在 N-C 载体上的的吸脱附平衡，表现出良好的催化活性与稳定性。目前研究证明稀土 4f 轨道具有 “轨道调制器” 作用，但是对于过渡金属与稀土元素轨道结合机制以及 4f 轨道如何调节过渡金属电子结构的机制尚未明晰，仍需进一步研究。

　　利用稀土元素特有的亲氧性与变价性，可以调控催化剂的形貌、尺寸、晶面以及缺陷等，进而影响其表观催化活性。例如催化领域中应用最广泛的稀土氧化物具有更强的路易斯酸性，更易于 OH−结合。此外，引入稀土后，稀土可以在催化剂表面形成稀土氧化物，在实际电催化过程中通常起到保护层的作用。

　　目前，稀土修饰电催化剂的研究逐渐增多，但是仍存在一些亟待解决的问题，例如，如何有效地引入稀土元素，选择稀土元素所需要遵循的原则，稀土元素与过渡金属元素之间作用的最优比例，如何设计高效多功能催化活性的稀土修饰电催化剂，稀土元素修饰电催化剂的主要机理及稀土在不同催化反应中所起的作用是什么等科学问题。同时，随着多科学交叉的发展，目前此领域的研究范围较为单一，无法为理论指导提供充足的数据与经验，仍需进一步深入研究。

　　2.2 稀土引入方式

　　根据稀土元素与原始催化剂结构的结合形式，将稀土元素引入方式分为元素掺杂和异质结构构筑;两种方式分别以不同方式与过渡金属结合并遵循不同的形成原理，进而表现出不同的促进作用。

　　掺杂策略是将一种或多种原子、离子引入到主体材料中，使得主体材料表现出新性质的调控方式。如图 10 所示，元素掺杂通常在主体材料合成过程进行，异质原子通过与主体材料发生离子交换。掺杂的可能性主要取决于掺杂原子与主体过渡金属原子半径差异、价态、相关性三者的区别。稀土离子大小是取代阳离子的关键参数之一，半径相近的掺杂离子不易破坏主体材料的晶体结构，并仍能保持主体材料晶体结构不坍塌;一般稀土离子更易掺杂到同价阳离子位置，主体材料引起的扭曲和改变最小;化学反应性相差过大的离子掺杂到主体结构则会引起离子相互排斥进而导致晶格不稳定。目前研究主要证明了稀土离子与过渡金属氧化物中阳离子发生离子交换，替位主体材料中价态相近、化学相似的位点;但稀土掺杂到过渡金属硫族化物体相中的规律仍需进一步研究。

　　异质结构构筑是通过复合不同稀土化合物改变界面性质，这也是提高材料催化性能的有效途径之一。形成异质结构能够调控过渡金属催化剂的主要原因是构筑得到的活性界面可改变电子转移速率，新化学键的形成及内建电场产生。基于上述原因，界面处会产生莫特 - 肖特基效应、强金属 - 载体作用(SMSI)、协同效应以及载体 - 稳定效应。此外，稀土化合物可通过异质界面的形成方式影响过渡金属位点，进一步调控活性位点与催化反应中间体相互作用。大连理工大学谭振权课题组报道的 CoP/异质结构，研究证明电子由 Ni 转移至 Ce，降低 Ni 的价态和增加氧空位浓度。异质结构引入导致的电荷重新分配可有效调控过渡金属位点的电子云密度，异质结构两相性质差异越大，所形成的化学键越活泼，促进位点催化性能。

　　3 稀土尖晶石氧化物的研究进展

　　稀土与过渡金属所形成的化合物是一类具有发展潜力的催化剂，稀土基钙钛矿因其低成本、组分可调、原子结构有序以及电子结构灵活可调可作为不同电催化反应的理想催化剂。从低自旋态(LS)转化为中间自旋态(IS)，引起 3d (Co)-2p (O) 共价增强和电导率提高。稀土钙钛矿氧化物因其独特的原子排序能够使得稀土和过渡金属稳定共存，而稀土是否能进入尖晶石化合物特有的结构仍然没有达到共识，因此对于稀土尖晶石型化合物还需要更多研究者进行深入研究。

　　不同于上述将稀土掺杂到尖晶石化合物晶格中得到的结构，稀土尖晶石化合物是指稀土元素与过渡金属元素结合并以典型尖晶石结构进行成键，符合尖晶石空间群，存在四面体和八面体。关于稀土尖晶石氧化物的研究最早报道于 1979 年，目前已报道合成的稀土尖晶石氧化物仅包括晶格常数，证明了稀土尖晶石氧化物存在的可能性。稀土尖晶石氧化物的种类、原子结构、理化性质及应用方向等方面的研究尚未得到充分报道。虽然稀土尖晶石氧化物的应用领域仍是空白，但作为尖晶石的一种，它可能具有良好的物理和化学性质。因此，稀土尖晶石氧化物的合成与应用是一个值得深入探索的领域。

　　4 稀土修饰尖晶石型催化剂研究进展

　　尖晶石型催化剂因其可控的组分、价态和形态能够作为各类电化学反应的催化剂，例如，氧气析出反应(OER)、氧气还原反应(ORR)、氢气析出反应(HER)、还原反应等。本节综述了稀土修饰尖晶石型催化剂在电催化领域的应用，汇总了一系列稀土修饰尖晶石调控策略，旨在推进尖晶石型催化剂在电催化领域的应用。这一系列调控策略包括形貌调控、表面结构调控、缺陷工程、位点调控等。

　　4.1 形貌调控

　　稀土氧化物或稀土元素的引入在合成过程中能够改变溶解度，改变成核速率，改变催化剂的形貌、颗粒大小，可获得最佳催化性能。Li 等通过水热和硫化法制备不同比例引入后并没有改变微球的特征，但是会刻蚀多面体的含量增加，组成微球的不规则颗粒逐渐转化为纳米片或纳米针。纳米片和纳米针形貌的出现使得催化剂具有更大的比表面积，更快的电荷转移和电解质扩散速率，进而为氧化还原反应提供了更多位点。Ram 等在纳米颗粒团聚程度更大，而 Nd 和 Dy 引入后催化剂整体表现为团聚程度小、颗粒更细。

　　4.2 表面结构调控

　　一般认为电催化反应发生在催化剂近表面区域，因此优化催化剂表面结构是提升电催化性能的关键，利用稀土元素与过渡金属半径的差异设计合成过程与步骤能够将稀土元素引入至尖晶石型化合物的表面，稀土调控表面电子结构、比表面积、亲疏水性等性质。Chen 等通过氧化沉淀和后续结晶法制备得到了系列表面掺杂的价态变化提高表面氧空位浓度，促进了 OER 催化性能。Ce 调控后，表面优异的导电性和丰富的氧空位有利于金属氧化物与氧中间体的相互作用，显著提升 OER 和 ORR 性能。

　　4.3 缺陷工程

　　缺陷被认为是调控电子结构并优化电催化剂本征活性的有效方法，包括阳离子缺陷和阴离子缺陷，其中氧缺陷影响催化路径的研究较为广泛。Ce 元素在电催化过程中在电池测试，引入氧空位、形成未饱和活性位点加速电子转移;同时，电子离域优化了活性位点，促进 OER 和动力学的协同增强，和长循环寿命证明了该催化剂优异的双功能催化活性。Yousaf 等设计稀土 Gd 掺杂至反尖晶石氧化物​界面修饰的协同作用使得催化剂更倾向于四电子路径。缺陷工程是常用的调控催化剂本征活性的策略之一，但目前关于尖晶石与稀土相关缺陷工程的研究内容较少且不深入，主要集中在氧缺陷的构筑与氧缺陷在催化过程的作用。关于氧缺陷浓度、位置、氧缺陷类型(点缺陷、面缺陷、表面缺陷以及体相表面)、缺陷在催化反应中作用机理、缺陷形成的机理等尚未明晰。另外，金属离子缺陷的研究在尖晶石型催化剂领域较少，形成阳离子缺陷的研究仍不充分。因此，稀土对尖晶石修饰中缺陷工程的研究领域有待进一步发展。

　　4.4 位点调控

　　尖晶石型催化剂中含有八面体和四面体两种活性位点，这种特殊的结构为尖晶石型催化剂的研究提供了独特的调控策略，位点调控包括不同位点占比的调控、不同位点电子结构的调控等。Qiu 等将无电催化活性的形成异质界面后，该值会下降至 1.33，表明八面体Co3+(Oh)还原生成八面体Co2+(Oh)，更多Co2+(Oh)有利于 ORR 反应。Li 等利用稀土 Nd 和过渡金属 Ni 共掺杂策略调控尖晶石Co3O4结构，计算证明 Nd 替位八面体位点的结构更加稳定，改变 OER 过程表面重构路径。Nd 引入后重构过程变为由晶相CoOx向无定型CoOx最后转换为无定型 CoOOH 的路径。Sun 等利用 La 稳定的 + 3 价和 4f 轨道作用，将 La 引入CoFe2O4尖晶石，研究证明 La 引入可提高 Fe 位点的电荷密度，降低 Co 位点的电荷密度，导致晶格畸变产生姜泰勒效应，暴露出更多八面体位点。Huang 等通过电沉积和退火结合方式，一步引入 Ce 和 Co 构筑CeO2/Co3O4异质结构，晶相CeO2的引入显著修饰了Co3O4的电子结构，调控Co3O4的局部成键环境，改变位点的氧化还原性质，使得表面CoII更易氧化为活性物种CoIV，同时抑制Co3O4在 OER 作用中二聚体CoIVCoII氧化为CoIVCoIV的电荷积累过程，保持二聚体CoIVCoII中间体部分稳定，增强了酸性 OER 的活性。Dai 等采用典型的水热法和煅烧法合成CeO2@CoFe2O4/NF杂化纳米结构，暴露更多的活性位点，加速电子转移速率增强尿素氧化和 OER 反应催化性能。Li 等通过Ce−Co3O4中构建 Ce4f-O2p-Co3d 结构单元，DFT 计算表明 4f-2p-3d 强轨道耦合和电子转移，轨道耦合结构为 Co 的占据 d 轨道提供额外的不成对电子，可增强活性位点对N2的吸附和活化。同时原位计算表明 Co–N 键吸附峰更强，同时在界面处形成重要中间体∗NO。

　　4.5 其他

　　除了上述常见的调控手段，利用稀土与过渡金属半径大小差异性、4f 空轨道等特殊性质设计特定的修饰方式可以进一步调控尖晶石型化合物整体性质或局部成键情况。Li 等利用 Ce 调控Co3O4体相中局部环境，将Co3O4中的部分晶相结构调整为无序状态，从而暴露出更多的活性位点。研究人员利用电沉积法将 Ce 引入Co3O4中，进而分析掺杂对Co3O4的电子结构的影响。Ce−Co3O4结构表现出更高的无序度可显著提高催化剂活性，有利于在更低电压下形成相转换，促进 Ce 和 Co 之间的电子转移，加速中间体的形成。Chang 等利用稀土元素 La 半径比 Co 半径稍大的特性，将 La 掺入Co3O4体系引起应变、产生氧空位，进而提高材料本身耐酸性;同时，利用 La 对基团的强亲氧性，La−Co3O4表面有利于对 OER 过程反应物的吸附;该工作设计了 La、Mn 共同掺杂至Co3O4，研究表明，Mn 掺杂在Co3O4表面，引起晶格膨胀，实现Co2+/Co3+比例的有效调控;共掺杂后形成Vs是降低活化能和稳定中间体的重要原因;同时计算证明，La、Mn 倾向于占据 Co 的八面体位点而不是四面体位点。

　　目前，稀土对于尖晶石型催化剂调控主要集中于位点调控上，其次是缺陷工程，形貌工程和表面结构调控研究相对较少(表 1 所示)。稀土与尖晶石型化合物相互作用的研究也不多，因而并未形成思想共识;对于稀土元素特性的利用比较浅显，研究集中在稀土强亲氧性、变价性上，关于稀土 4f 空轨道在合成和催化过程所起到作用仍缺乏系统详细研究。稀土已被初步证明能够有效调控尖晶石型催化剂的电化学反应催化性能;从理论上来讲，通过掺杂、构筑界面、负载等方式引入稀土亦被证明是调控尖晶石型催化剂的电催化性能的有效手段。

　　结合稀土修饰方式与稀土修饰尖晶石型电催化剂研究，常见的稀土元素种类包括稀土单原子、稀土离子、稀土氧化物、稀土氢氧化物等，这些稀土化合物用于修饰电催化剂已有报道;基于尖晶石型化合物结构与化学性质，这些稀土元素都有望与尖晶石型化合物结合，提升该电催化剂催化性能。不同稀土物种通常适用于不同条件下，例如，Sc、Dy 和 Tb 较贵且稀缺的稀土元素以稀土单原子形式结合能够大大降低成本;半径较小的稀土元素 Sc、Y 等更有利于以离子形式进入尖晶石的晶格中;稀土氧化物与尖晶石型化合物结合较多，结合形式不一;对于稀土氢氧化物的研究较少，但也能够以界面形式结合;上述的总结与分析为稀土修饰方式的选择提供了方向。因此，从目前的研究进展上分析，该领域具有广阔的发展前景，同时也面临着巨大挑战。

　　5 结语与展望

　　稀土元素大多具有 4f 轨道，使其具有独特的配位模式、多电子作用、多电子轨道调控作用，有效地调控尖晶石型催化剂的晶体结构和活性位点的电子结构。稀土修饰尖晶石型催化剂目前的研究仍处于起步阶段，主要集中于铈及其氧化物、Co 基尖晶石，对双金属基尖晶石型化合物的研究尚少。稀土对于多金属的不同促进作用以及选择性提升作用研究仍缺乏系统探索;对于稀土在电催化过程中所起的作用也缺乏深入研究;稀土修饰尖晶石型催化剂没有明确理论体系，进一步反馈指导实验和应用，这是发展缓慢的主要因素。

　　基于上述研究进展与分析(图 15)，提出了四点关于稀土修饰尖晶石型化合物领域的未来发展方向。

　　轻稀土高效利用：随着金属合金、磁体、荧光粉等工业的快速发展，中、重稀土的大量使用，导致轻稀土氧化物(La、Ce 等)大量积压，利用稀土元素修饰尖晶石型化合物能够形成更丰富的新型稀土催化材料。此类催化剂的研究与开发将极大地促进镧、铈等轻稀土元素的高效利用，未来有望对稀土元素进行更深入的分析与更广泛的应用。

　　作用机理原位研究：电催化过程中，目前较为认可的活性位点仍是过渡金属元素，而稀土在催化过程作为辅助位点，但其具体作用有待进一步明晰。发展更多高时空分辨的原位技术(如原位 X 射线吸收谱、原位拉曼光谱等)来揭示稀土在催化过程中的动态作用机理(如电子转移路径、中间体吸附行为等)显得尤为重要。

　　工业化应用推动：稀土与过渡金属结合成本较低，将稀土修饰尖晶石型催化剂应用于电催化工业领域(如电解水设备、新型电池、CO₂还原器件等)，可形成 “稀土资源利用 — 催化成本降低 — 绿色能源生产” 的良性循环，同时推动相关器件的小型化、高效化发展。

　　理论与实验协同发展：未来需加强理论计算(如密度泛函理论 DFT、分子动力学模拟)与实验研究的结合，通过模拟预测稀土修饰的最佳位点、比例及结构，再通过实验验证优化，形成 “理论指导实验 — 实验反馈理论” 的双向联动。同时，建立基底材料与稀土作用的多方联动数据库，系统整合稀土种类、引入方式、催化性能等数据，加速该领域的研究与应用进程。

　　简而言之，稀土修饰尖晶石型电催化剂是一个极具潜力且有待深入钻研的科学研究领域，其在能源转化与储存中的应用前景广阔，需跨学科协同创新以突破现有瓶颈。

朱佳敏;要亚雄;李姝惠;吴姗姗;安丽;席聘贤;严纯华,兰州大学化学化工学院;稀有同位素前沿科学中心;甘肃省有色金属化学与资源利用重点实验室;北京大学化学与分子工程学院;北京分子科学国家研究中心;北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室,202502