隨著全球人口和產業不斷增長，能源需求愈發增大。化石能源使用所帶來的環境風險日益增多，對新型高效清潔能源的需求更加迫切。電化學能源轉化與儲能具有高儲能、連續性的特點，被認為是最具潛力的能源轉換與儲能方式之一。其中，電解水制氫是具有巨大前景的清潔可持續制氫技術，可充放式鋅 - 空氣二次電池因其高比能量密度有望成為下一代新能源電池，電催化二氧化碳還原亦是一類具有成本小、高效益且環保的反應。然而，此類電化學儲能技術發展受限于傳統貴金屬以及貴金屬復合物催化劑的價格昂貴、催化穩定性差等問題。因此，尋求成本低廉、性能優異的非貴金屬型催化劑替代貴金屬催化劑的研究和開發廣受關注。近年來，對稀土鈣鈦礦、尖晶石以及金紅石型化合物等非貴金屬催化劑研究明顯增多。

　　尖晶石型化合物是符合AB2X4式、具有特定結構的一類化合物，且不同元素能夠占據不同位點，因此，尖晶石型化合物被認為是具有潛在應用價值的非貴金屬型催化劑之一。其中，含有 Fe、Co、Ni 和 Cu 等具有電化學活性的過渡金屬的尖晶石型化合物常被用作電化學反應的催化劑。由于在部分電化學催化反應中其催化性能仍無法完全達到貴金屬催化劑的性能，所以利用摻雜工程、界面構筑和形貌調控等策略優化尖晶石型化合物成為近些年來的研究熱點。稀土在光學、磁學以及催化等領域具有廣泛的應用，稀土在電催化領域的應用與研究也逐年增長。由于稀土元素大多具有未充滿的 4f 軌道，它在能源轉換領域中能夠起到調控過渡金屬基催化劑電子結構的作用。另外，稀土獨特的熒光效應有利于催化反應實時檢測。因此，稀土在有效地調控尖晶石型化合物的電催化性能方面具有潛力。

　　近年來，稀土調控催化劑的研究逐漸增多，主要研究集中于貴金屬催化劑與稀土摻雜或復合上，例如Pt3La、Pt2Ce、Au−CeO2等。隨著能源催化發展，人們逐漸將研究重點聚焦于稀土和非貴金屬催化劑結合，例如PrO2−NC、RE - 摻雜的 CoP/CC、Gd2O3−Co等。迄今，對于稀土修飾尖晶石型化合物的研究還較少，對稀土–尖晶石型化合物性能研究進展的總結與分析未見報道，為此，本文以尖晶石型化合物為主體，分析了稀土元素引入方式和作用機理，綜述了近年來稀土修飾尖晶石型催化劑的調控手段，以及在能源催化領域的應用研究，并對該領域的研究進行了總結和展望。

　　1 尖晶石型催化劑

　　1.1 尖晶石型化合物的結構

　　尖晶石型化合物符合通式

　　AB2X4，其中 A、B 均為金屬離子，X 為非金屬離子，以氧、硫元素為主，少部分含氮、鹵素;尖晶石型化合物是典型的離子立方晶體，空間群是Fd3m。A 位金屬一般占據四面體配位中心，B 位金屬則占據八面體配位中心，陰離子位點占據四面體和八面體位點的頂點外，連接八面體中心金屬和四面體中心金屬，形成邊角共享雙八面體結構單元、邊角共享八面體四面體結構單元。相對于八面體間隙，四面體間隙較小，因此 A 位點更容易被半徑較小的金屬占據，而較大半徑的金屬則傾向于占據八面體位點。

　　在尖晶石AB2X4中，金屬 A 一般表現為 + 2 或 + 4 價，金屬 B 呈 + 2 或 + 3 價，陰離子 X 通常是 - 2 價，因此根據電中性原理，尖晶石結構公式可寫為Brk 等報道了 180 多種二元和三元尖晶石化合物的參數，其中可形成尖晶石化合物的 A 金屬有 Cd、Co、Cu、Fe、Ge、Hg、Li、Mg、Mo、Ni、Rh、Pd、Si 等，B 金屬有 Al、Cr、Fe、Ga、In、Rh、V、Mn、Co 等。在能源催化領域中，含有 Li、Mn、Ni 等元素的尖晶石化合物常可用作鋰離子電池的正極，含 Ni、Mn、Co、Fe、Cu 等元素的尖晶石化合物則常用于電催化反應。

　　尖晶石化合物通常具有兩種或兩種以上的金屬，分別占據四面體占位和八面體，所以 A、B 金屬以不同的比例占據四面體和八面體間隙。根據上述金屬離子不同占比，尖晶石化合物可分為正尖晶石、反尖晶石、混合尖晶石化合物。如圖 2 所示，用 λ 表示尖晶石結構的反轉程度，將尖晶石化合物通式改寫為尖晶石型化合物中 A–O 與 B–O 是較強的離子鍵，離子鍵的靜電強度相等、結構牢固，表現為硬度大、熔點高、耐高溫以及耐堿性等特性。因此，尖晶石型化合物具有位點多變可調、組分豐富以及電子結構獨特等優勢，使其在材料合成、電催化領域都具有重大研究價值。

　　1.2 尖晶石型化合物的制備

　　尖晶石化合物常見的制備方式包括固態合成法、溶膠 - 凝膠法、共沉淀法、水 / 溶劑熱法、電沉積法、微波合成法等。近些年，蔓延燃燒法、離子交換法、微乳液法、靜電紡絲法等合成方法也開始被廣泛研究。通過改變合成方法能夠有效地調控形貌、結晶度、孔徑大小、比表面積等結構特性，得到不同結構特征的尖晶化合物。例如，利用固相法合成，通過高溫退火制備得到的尖晶石化合物多表現為高的結晶度，易獲得高穩定性的催化材料，但該方法難以實現對形貌、比表面積等表面結構的有效調控;溶膠凝膠法是將金屬前體溶于水或者乙醇溶液，進而加熱攪拌形成凝膠，退火后得到尖晶石相納米材料，該方法有利于形成多孔蓬松的結構，但難以實現對顆粒大小和形貌的控制合成。微波合成法、靜電紡絲法以及蔓延燃燒法苛刻的合成條件限制了這些方法的大范圍應用。而水 / 溶劑熱法能夠有效調控催化劑的形貌，電沉積合成操作過程簡單且應用廣泛，因此，水 / 溶劑熱法和電沉積法成為近些年尖晶石型化合物的主要合成方法。

　　水 / 溶劑熱法操作簡便、適用范圍廣，已成為制備尖晶石化合物的最常用方法之一。溶劑熱法將金屬鹽前體和沉淀劑溶于溶劑中，在特定溫度下對體系進行加壓處理，通過退火或硫化等手段來制備相應的尖晶石化合物。水 / 溶劑熱法的優勢之一在于通過調控溶劑、改變溫度以及沉淀劑種類可得到具有特定形貌的尖晶石化合物。此外，水 / 溶劑熱法還可以調控材料暴露晶面、表面粗糙度等;進而通過該方法將材料生長在所需載體上，可用來進一步拓展應用。

　　除了水 / 溶劑熱法，電沉積合成是一類廣受關注的合成方法，它具有成本低、操作簡單和效率高等特點，同時也克服了水 / 溶劑熱法因高壓條件而難以工業化的問題。電沉積法是基于典型三電極體系的合成方法，工作電極、對電極以及參比電極。電沉積過程主要受以下幾個因素影響，沉積金屬顆粒的化學性質、電解液濃度、pH 值、溫度、電流密度以及工作電極結構等。電沉積法是在電場作用下的簡易合成方法，具有工業化推廣的應用潛力，因此被廣泛研究和應用。

　　1.3 尖晶石型催化劑調控策略

　　目前，常用于尖晶石型催化劑的調控手段包括形貌 / 晶面調控、缺陷工程、異質元素引入、位點調控等方式。加拿大滑鐵盧大學陳忠偉課題組通過缺陷工程和形貌工程協同調控尖晶石氧化物，調控尖晶石結構四面體占位和八面體占位也是有效優化其催化性能的重要手段。南洋理工大學徐梽川課題組研究發現尖晶石氧化物的 OER 催化性能本質上是由四面體和八面體位點之間的共價競爭主導的，上述的競爭形成了不對稱結構單元，較弱的 M–O 共價鍵決定了所暴露的陽離子位點，從而決定活性位點。蘭州大學席聘賢課題組通過原位析氧策略調控具有最高的表面八面體占位，有利于進行反應的 2e−路徑，進而產生表面從過氧狀態轉變到缺氧狀態，Ni、Mn 位點通過位點間有效電子轉移提高催化活性。對四面體和八面體位點調控是尖晶石化合物結構所特有的，但是仍有些問題需進行深入研究，例如雙金屬尖晶石 A、B 位點貢獻程度，引入異質結構對尖晶石結構以及催化過程的影響等。

　　2 稀土促進型電催化劑的研究進展

　　稀土元素(REs)位于元素周期表 ⅢB 族，包括鈧、釔以及鑭系共 17 種元素，表現出較為相似的化學性質，同時每個元素也表現出獨特的電子特性。由于稀土元素在 4f 軌道上多樣的電子躍遷方式、未充滿 4f 電子層、價態可變等特性使得稀土元素在光功能材料、磁性材料、熱催化以及光催化領域發揮著重要作用。鑭系元素具有相似的基態電子構型，6s 軌道上與 5d 軌道上的兩個電子以及 4f 軌道上的一個電子相對容易失去。鑭系元素的 5s 和 5p 軌道的能量比 4f 軌道能量低，但 5s 和 5p 軌道比 4f 軌道更加離散;稀土元素的價態一般為 + 3 價，能夠形成穩定的三價化合物，表現為穩定性的電子逐漸占據 4f 軌道的趨勢。在 5s、5p 軌道的屏蔽作用下，4f 軌道顯示出化學惰性，因而含有 4f 軌道的稀土元素能夠作為過渡金屬活性催化劑的電子調制器。4f 軌道和 5d 軌道的波函數雜化重疊，導致 4f 軌道高度局域化。近年來，稀土元素在電催化領域的研究呈增長趨勢，例如，等稀土修飾型電催化劑。關于稀土元素電催化性能的研究可以追溯到 1975 年 Miles 報道了LaNi5合金在堿性析氫中的應用。結合稀土元素獨特的 4f 電子軌道、豐富的價態變化、強親氧性等特征，通過元素摻雜、構筑異質結構以及形成化合物等方式修飾電催化劑，調控其催化性能。

　　2.1 稀土修飾電化學催化劑原理

　　稀土元素的 4f、5d 軌道與過渡金屬的 p 軌道、d 軌道的重疊和雜化，有助于稀土元素的能級裂分，使得 4f 電子產生離域現象，可用于調控過渡金屬材料的電荷密度、能級中心等電子結構，進而有效調控金屬位點與吸附中間體的相互作用。因此，稀土的 4f 軌道能夠作為電子調制器調控催化劑的電子結構。南京師范大學付更濤課題組就稀土 4f 軌道 “電子結構調制器” 作用進行了相關探索。研究者以 Ce 單原子與載體 CoO 結合的催化劑(P-CeSAs@CoO)作為模型催化劑，P-CeSAs@CoO 催化劑中具有 Ce–O–Co 單元活性位點，形成了 4f-2p-3d 梯度軌道耦合結構，Ce 4f 軌道作為電子緩沖帶可有效強化 Co–O 鍵。

　　通過調制 Co–O 鍵的共價性，使得 Co 位點在 OER 過程中與氧中間體產生了額外的自旋選擇性偶聯，打破氧中間體的線性關系，提高催化性能;此外他們還報道了稀土 Er 摻雜 NiFe-LDH，該材料表現出優異的 OER 活性，Er 位點摻雜使得表面電荷發生再分配，促進價電子的自旋翻轉，有利于削弱自旋翻轉禁阻效應;他們在 N-C 載體上的的吸脫附平衡，表現出良好的催化活性與穩定性。目前研究證明稀土 4f 軌道具有 “軌道調制器” 作用，但是對于過渡金屬與稀土元素軌道結合機制以及 4f 軌道如何調節過渡金屬電子結構的機制尚未明晰，仍需進一步研究。

　　利用稀土元素特有的親氧性與變價性，可以調控催化劑的形貌、尺寸、晶面以及缺陷等，進而影響其表觀催化活性。例如催化領域中應用最廣泛的稀土氧化物具有更強的路易斯酸性，更易于 OH−結合。此外，引入稀土后，稀土可以在催化劑表面形成稀土氧化物，在實際電催化過程中通常起到保護層的作用。

　　目前，稀土修飾電催化劑的研究逐漸增多，但是仍存在一些亟待解決的問題，例如，如何有效地引入稀土元素，選擇稀土元素所需要遵循的原則，稀土元素與過渡金屬元素之間作用的最優比例，如何設計高效多功能催化活性的稀土修飾電催化劑，稀土元素修飾電催化劑的主要機理及稀土在不同催化反應中所起的作用是什么等科學問題。同時，隨著多科學交叉的發展，目前此領域的研究范圍較為單一，無法為理論指導提供充足的數據與經驗，仍需進一步深入研究。

　　2.2 稀土引入方式

　　根據稀土元素與原始催化劑結構的結合形式，將稀土元素引入方式分為元素摻雜和異質結構構筑;兩種方式分別以不同方式與過渡金屬結合并遵循不同的形成原理，進而表現出不同的促進作用。

　　摻雜策略是將一種或多種原子、離子引入到主體材料中，使得主體材料表現出新性質的調控方式。如圖 10 所示，元素摻雜通常在主體材料合成過程進行，異質原子通過與主體材料發生離子交換。摻雜的可能性主要取決于摻雜原子與主體過渡金屬原子半徑差異、價態、相關性三者的區別。稀土離子大小是取代陽離子的關鍵參數之一，半徑相近的摻雜離子不易破壞主體材料的晶體結構，并仍能保持主體材料晶體結構不坍塌;一般稀土離子更易摻雜到同價陽離子位置，主體材料引起的扭曲和改變最小;化學反應性相差過大的離子摻雜到主體結構則會引起離子相互排斥進而導致晶格不穩定。目前研究主要證明了稀土離子與過渡金屬氧化物中陽離子發生離子交換，替位主體材料中價態相近、化學相似的位點;但稀土摻雜到過渡金屬硫族化物體相中的規律仍需進一步研究。

　　異質結構構筑是通過復合不同稀土化合物改變界面性質，這也是提高材料催化性能的有效途徑之一。形成異質結構能夠調控過渡金屬催化劑的主要原因是構筑得到的活性界面可改變電子轉移速率，新化學鍵的形成及內建電場產生。基于上述原因，界面處會產生莫特 - 肖特基效應、強金屬 - 載體作用(SMSI)、協同效應以及載體 - 穩定效應。此外，稀土化合物可通過異質界面的形成方式影響過渡金屬位點，進一步調控活性位點與催化反應中間體相互作用。大連理工大學譚振權課題組報道的 CoP/異質結構，研究證明電子由 Ni 轉移至 Ce，降低 Ni 的價態和增加氧空位濃度。異質結構引入導致的電荷重新分配可有效調控過渡金屬位點的電子云密度，異質結構兩相性質差異越大，所形成的化學鍵越活潑，促進位點催化性能。

　　3 稀土尖晶石氧化物的研究進展

　　稀土與過渡金屬所形成的化合物是一類具有發展潛力的催化劑，稀土基鈣鈦礦因其低成本、組分可調、原子結構有序以及電子結構靈活可調可作為不同電催化反應的理想催化劑。從低自旋態(LS)轉化為中間自旋態(IS)，引起 3d (Co)-2p (O) 共價增強和電導率提高。稀土鈣鈦礦氧化物因其獨特的原子排序能夠使得稀土和過渡金屬穩定共存，而稀土是否能進入尖晶石化合物特有的結構仍然沒有達到共識，因此對于稀土尖晶石型化合物還需要更多研究者進行深入研究。

　　不同于上述將稀土摻雜到尖晶石化合物晶格中得到的結構，稀土尖晶石化合物是指稀土元素與過渡金屬元素結合并以典型尖晶石結構進行成鍵，符合尖晶石空間群，存在四面體和八面體。關于稀土尖晶石氧化物的研究最早報道于 1979 年，目前已報道合成的稀土尖晶石氧化物僅包括晶格常數，證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種類、原子結構、理化性質及應用方向等方面的研究尚未得到充分報道。雖然稀土尖晶石氧化物的應用領域仍是空白，但作為尖晶石的一種，它可能具有良好的物理和化學性質。因此，稀土尖晶石氧化物的合成與應用是一個值得深入探索的領域。

　　4 稀土修飾尖晶石型催化劑研究進展

　　尖晶石型催化劑因其可控的組分、價態和形態能夠作為各類電化學反應的催化劑，例如，氧氣析出反應(OER)、氧氣還原反應(ORR)、氫氣析出反應(HER)、還原反應等。本節綜述了稀土修飾尖晶石型催化劑在電催化領域的應用，匯總了一系列稀土修飾尖晶石調控策略，旨在推進尖晶石型催化劑在電催化領域的應用。這一系列調控策略包括形貌調控、表面結構調控、缺陷工程、位點調控等。

　　4.1 形貌調控

　　稀土氧化物或稀土元素的引入在合成過程中能夠改變溶解度，改變成核速率，改變催化劑的形貌、顆粒大小，可獲得最佳催化性能。Li 等通過水熱和硫化法制備不同比例引入后并沒有改變微球的特征，但是會刻蝕多面體的含量增加，組成微球的不規則顆粒逐漸轉化為納米片或納米針。納米片和納米針形貌的出現使得催化劑具有更大的比表面積，更快的電荷轉移和電解質擴散速率，進而為氧化還原反應提供了更多位點。Ram 等在納米顆粒團聚程度更大，而 Nd 和 Dy 引入后催化劑整體表現為團聚程度小、顆粒更細。

　　4.2 表面結構調控

　　一般認為電催化反應發生在催化劑近表面區域，因此優化催化劑表面結構是提升電催化性能的關鍵，利用稀土元素與過渡金屬半徑的差異設計合成過程與步驟能夠將稀土元素引入至尖晶石型化合物的表面，稀土調控表面電子結構、比表面積、親疏水性等性質。Chen 等通過氧化沉淀和后續結晶法制備得到了系列表面摻雜的價態變化提高表面氧空位濃度，促進了 OER 催化性能。Ce 調控后，表面優異的導電性和豐富的氧空位有利于金屬氧化物與氧中間體的相互作用，顯著提升 OER 和 ORR 性能。

　　4.3 缺陷工程

　　缺陷被認為是調控電子結構并優化電催化劑本征活性的有效方法，包括陽離子缺陷和陰離子缺陷，其中氧缺陷影響催化路徑的研究較為廣泛。Ce 元素在電催化過程中在電池測試，引入氧空位、形成未飽和活性位點加速電子轉移;同時，電子離域優化了活性位點，促進 OER 和動力學的協同增強，和長循環壽命證明了該催化劑優異的雙功能催化活性。Yousaf 等設計稀土 Gd 摻雜至反尖晶石氧化物​界面修飾的協同作用使得催化劑更傾向于四電子路徑。缺陷工程是常用的調控催化劑本征活性的策略之一，但目前關于尖晶石與稀土相關缺陷工程的研究內容較少且不深入，主要集中在氧缺陷的構筑與氧缺陷在催化過程的作用。關于氧缺陷濃度、位置、氧缺陷類型(點缺陷、面缺陷、表面缺陷以及體相表面)、缺陷在催化反應中作用機理、缺陷形成的機理等尚未明晰。另外，金屬離子缺陷的研究在尖晶石型催化劑領域較少，形成陽離子缺陷的研究仍不充分。因此，稀土對尖晶石修飾中缺陷工程的研究領域有待進一步發展。

　　4.4 位點調控

　　尖晶石型催化劑中含有八面體和四面體兩種活性位點，這種特殊的結構為尖晶石型催化劑的研究提供了獨特的調控策略，位點調控包括不同位點占比的調控、不同位點電子結構的調控等。Qiu 等將無電催化活性的形成異質界面后，該值會下降至 1.33，表明八面體Co3+(Oh)還原生成八面體Co2+(Oh)，更多Co2+(Oh)有利于 ORR 反應。Li 等利用稀土 Nd 和過渡金屬 Ni 共摻雜策略調控尖晶石Co3O4結構，計算證明 Nd 替位八面體位點的結構更加穩定，改變 OER 過程表面重構路徑。Nd 引入后重構過程變為由晶相CoOx向無定型CoOx最后轉換為無定型 CoOOH 的路徑。Sun 等利用 La 穩定的 + 3 價和 4f 軌道作用，將 La 引入CoFe2O4尖晶石，研究證明 La 引入可提高 Fe 位點的電荷密度，降低 Co 位點的電荷密度，導致晶格畸變產生姜泰勒效應，暴露出更多八面體位點。Huang 等通過電沉積和退火結合方式，一步引入 Ce 和 Co 構筑CeO2/Co3O4異質結構，晶相CeO2的引入顯著修飾了Co3O4的電子結構，調控Co3O4的局部成鍵環境，改變位點的氧化還原性質，使得表面CoII更易氧化為活性物種CoIV，同時抑制Co3O4在 OER 作用中二聚體CoIVCoII氧化為CoIVCoIV的電荷積累過程，保持二聚體CoIVCoII中間體部分穩定，增強了酸性 OER 的活性。Dai 等采用典型的水熱法和煅燒法合成CeO2@CoFe2O4/NF雜化納米結構，暴露更多的活性位點，加速電子轉移速率增強尿素氧化和 OER 反應催化性能。Li 等通過Ce−Co3O4中構建 Ce4f-O2p-Co3d 結構單元，DFT 計算表明 4f-2p-3d 強軌道耦合和電子轉移，軌道耦合結構為 Co 的占據 d 軌道提供額外的不成對電子，可增強活性位點對N2的吸附和活化。同時原位計算表明 Co–N 鍵吸附峰更強，同時在界面處形成重要中間體∗NO。

　　4.5 其他

　　除了上述常見的調控手段，利用稀土與過渡金屬半徑大小差異性、4f 空軌道等特殊性質設計特定的修飾方式可以進一步調控尖晶石型化合物整體性質或局部成鍵情況。Li 等利用 Ce 調控Co3O4體相中局部環境，將Co3O4中的部分晶相結構調整為無序狀態，從而暴露出更多的活性位點。研究人員利用電沉積法將 Ce 引入Co3O4中，進而分析摻雜對Co3O4的電子結構的影響。Ce−Co3O4結構表現出更高的無序度可顯著提高催化劑活性，有利于在更低電壓下形成相轉換，促進 Ce 和 Co 之間的電子轉移，加速中間體的形成。Chang 等利用稀土元素 La 半徑比 Co 半徑稍大的特性，將 La 摻入Co3O4體系引起應變、產生氧空位，進而提高材料本身耐酸性;同時，利用 La 對基團的強親氧性，La−Co3O4表面有利于對 OER 過程反應物的吸附;該工作設計了 La、Mn 共同摻雜至Co3O4，研究表明，Mn 摻雜在Co3O4表面，引起晶格膨脹，實現Co2+/Co3+比例的有效調控;共摻雜后形成Vs是降低活化能和穩定中間體的重要原因;同時計算證明，La、Mn 傾向于占據 Co 的八面體位點而不是四面體位點。

　　目前，稀土對于尖晶石型催化劑調控主要集中于位點調控上，其次是缺陷工程，形貌工程和表面結構調控研究相對較少(表 1 所示)。稀土與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識;對于稀土元素特性的利用比較淺顯，研究集中在稀土強親氧性、變價性上，關于稀土 4f 空軌道在合成和催化過程所起到作用仍缺乏系統詳細研究。稀土已被初步證明能夠有效調控尖晶石型催化劑的電化學反應催化性能;從理論上來講，通過摻雜、構筑界面、負載等方式引入稀土亦被證明是調控尖晶石型催化劑的電催化性能的有效手段。

　　結合稀土修飾方式與稀土修飾尖晶石型電催化劑研究，常見的稀土元素種類包括稀土單原子、稀土離子、稀土氧化物、稀土氫氧化物等，這些稀土化合物用于修飾電催化劑已有報道;基于尖晶石型化合物結構與化學性質，這些稀土元素都有望與尖晶石型化合物結合，提升該電催化劑催化性能。不同稀土物種通常適用于不同條件下，例如，Sc、Dy 和 Tb 較貴且稀缺的稀土元素以稀土單原子形式結合能夠大大降低成本;半徑較小的稀土元素 Sc、Y 等更有利于以離子形式進入尖晶石的晶格中;稀土氧化物與尖晶石型化合物結合較多，結合形式不一;對于稀土氫氧化物的研究較少，但也能夠以界面形式結合;上述的總結與分析為稀土修飾方式的選擇提供了方向。因此，從目前的研究進展上分析，該領域具有廣闊的發展前景，同時也面臨著巨大挑戰。

　　5 結語與展望

　　稀土元素大多具有 4f 軌道，使其具有獨特的配位模式、多電子作用、多電子軌道調控作用，有效地調控尖晶石型催化劑的晶體結構和活性位點的電子結構。稀土修飾尖晶石型催化劑目前的研究仍處于起步階段，主要集中于鈰及其氧化物、Co 基尖晶石，對雙金屬基尖晶石型化合物的研究尚少。稀土對于多金屬的不同促進作用以及選擇性提升作用研究仍缺乏系統探索;對于稀土在電催化過程中所起的作用也缺乏深入研究;稀土修飾尖晶石型催化劑沒有明確理論體系，進一步反饋指導實驗和應用，這是發展緩慢的主要因素。

　　基于上述研究進展與分析(圖 15)，提出了四點關于稀土修飾尖晶石型化合物領域的未來發展方向。

　　輕稀土高效利用：隨著金屬合金、磁體、熒光粉等工業的快速發展，中、重稀土的大量使用，導致輕稀土氧化物(La、Ce 等)大量積壓，利用稀土元素修飾尖晶石型化合物能夠形成更豐富的新型稀土催化材料。此類催化劑的研究與開發將極大地促進鑭、鈰等輕稀土元素的高效利用，未來有望對稀土元素進行更深入的分析與更廣泛的應用。

　　作用機理原位研究：電催化過程中，目前較為認可的活性位點仍是過渡金屬元素，而稀土在催化過程作為輔助位點，但其具體作用有待進一步明晰。發展更多高時空分辨的原位技術(如原位 X 射線吸收譜、原位拉曼光譜等)來揭示稀土在催化過程中的動態作用機理(如電子轉移路徑、中間體吸附行為等)顯得尤為重要。

　　工業化應用推動：稀土與過渡金屬結合成本較低，將稀土修飾尖晶石型催化劑應用于電催化工業領域(如電解水設備、新型電池、CO₂還原器件等)，可形成 “稀土資源利用 — 催化成本降低 — 綠色能源生產” 的良性循環，同時推動相關器件的小型化、高效化發展。

　　理論與實驗協同發展：未來需加強理論計算(如密度泛函理論 DFT、分子動力學模擬)與實驗研究的結合，通過模擬預測稀土修飾的最佳位點、比例及結構，再通過實驗驗證優化，形成 “理論指導實驗 — 實驗反饋理論” 的雙向聯動。同時，建立基底材料與稀土作用的多方聯動數據庫，系統整合稀土種類、引入方式、催化性能等數據，加速該領域的研究與應用進程。

　　簡而言之，稀土修飾尖晶石型電催化劑是一個極具潛力且有待深入鉆研的科學研究領域，其在能源轉化與儲存中的應用前景廣闊，需跨學科協同創新以突破現有瓶頸。

朱佳敏;要亞雄;李姝惠;吳姍姍;安麗;席聘賢;嚴純華,蘭州大學化學化工學院;稀有同位素前沿科學中心;甘肅省有色金屬化學與資源利用重點實驗室;北京大學化學與分子工程學院;北京分子科學國家研究中心;北京大學稀土材料化學及應用國家重點實驗室,202502