自工业革命以来，化石燃料被广泛用作制造、运输和发电的主要能源。它们在全球经济增长和现代化进程中发挥了重要作用。然而，随着全球能源需求的持续增长，化石燃料消费带来的环境问题，如温室气体排放、空气污染、生态退化、资源枯竭和生物多样性减少变得越来越明显。[1] 此外，由于化石燃料是储量有限的不可再生资源，许多地区的持续开采正在加速其枯竭，使其持续依赖变得根本不可持续。[2] 作为替代方案，太阳能、风能和水力发电等可再生能源应运而生。然而，尽管它们具有清洁和可持续的优势，但仍存在一些固有的挑战，包括供应的间歇性、储能限制以及巨大的土地使用需求。[3] 在这些挑战面前，氢能源作为一种能量密度高且天然丰富的能源，正成为全球能源转型的关键要素，并提供了一个极具吸引力的选择。此外，氢能源作为一种清洁能源载体，在燃烧时仅产生水，可以替代化石燃料，减少碳排放，同时与其他可再生能源相辅相成，从而推动能源系统的脱碳和可持续发展。[4] 目前，氢可以通过多种方法生产，如蒸汽甲烷重整（SMR）、煤的气化、生物质转化和光催化过程。[5] 值得注意的是，这些方法通常会产生大量的碳排放，从而限制了它们的长期可持续性。相比之下，水电解制氢具有几个独特的优势：零碳排放、操作灵活性和模块化可扩展性。[6] 这些特性使其成为低碳氢经济的关键推动者，并与全球脱碳目标高度契合。
在实际应用方面，水电解制氢反应（HER）仍面临一些显著挑战。动力学限制导致过电位高达200–300 mV，使得能量转化效率低于80%。此外，催化剂成本占系统总成本的40%以上，而铂族催化剂的耐久性不足，无法达到50,000小时的工业标准。[7] 此外，传统的合成方法由于缺乏对催化剂原子级性质的精确控制，加剧了这些障碍，导致性能与成本之间的权衡问题尚未解决。非贵金属催化剂的发展、优化电极结构以及激光辅助制造工艺为克服水电解中的高过电位和贵金属依赖问题提供了有希望的解决方案。特别是激光烧蚀技术，在催化剂制备方面显示出巨大潜力，因为它在材料加工方面具有高精度和高效率。该技术能够构建高表面积的载体结构，如三维（3D）石墨烯网络。此外，它还可以精确调节催化剂的特性，包括晶体相、粒径和表面粗糙度，从而有效增加活性位点的暴露并优化催化性能。值得注意的是，激光烧蚀技术还可以创新性地制备高性能合金/复合催化剂，通过协同利用各组分的优势显著提高稳定性、耐久性和催化效率。[8],[9],[10] 通过不断优化激光烧蚀技术和开发高效、低成本的催化剂，这种方法在水电解制氢方面显示出广泛的应用潜力，并为未来的实际应用提供了可扩展性。
在本综述中，全面分析了用于水分解应用的先进电催化剂的激光辅助合成技术的发展现状。首先，系统阐明了HER过程的基本反应机制和当前存在的障碍，并进行了批判性分析。然后，回顾了基于激光烧蚀技术的水电解制氢的最新进展，并将其分为三种主要方法：i) 激光诱导石墨烯；ii) 激光诱导反应；iii) 激光诱导协同处理。最后，对新兴机遇和现有挑战进行了展望和总结，这有助于激光技术在未来工业化和商业化应用中的实施。
