Small Methods:氧还原反应中的非贵金属单原子催化剂的设计合成及反应机制研究

黑龙江大学王蕾教授、付宏刚教授Small Methods综述:氧还原反应中的非贵金属单原子催化剂的设计合成及反应机制研究

摘要:重点阐述中心金属原子、配位原子、客体原子以及环境原子对SACs的ORR电催化活性和选择性的影响

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池和的重要半反应,该反应的催化剂主要为贵金属Pt。开发高效的Pt基催化剂的替代品迫在眉睫,但仍具有挑战性。非贵金属单原子催化剂(SACs)具有最大的原子利用效率和均一的活性位点,被认为是有前途的Pt的替代品之一。尽管在制备各种SACs方面付出了相当大的努力,但仍然没有深入了解ORR反应过程中的反应机制和内在活性调节的关系。对SACs的催化机理的深入研究有助于设计高性能ORR催化剂。

近日,黑龙江大学王蕾教授、付宏刚教授与哈尔滨工程大学佟苗苗博士发表了关于氧还原反应中的非贵金属单原子催化剂设计合成及反应机理的综述。本篇综述首先总结了SACs合成策略,并结合原位表征技术从原子调节机制以及结构设计方面探讨ORR电催化剂的设计原则,深入认识催化剂的ORR的催化机理。重点阐述中心金属原子、配位原子、客体原子以及环境原子对SACs的ORR电催化活性和选择性的影响。进一步总结了SACs在燃料电池和锌-空气电池中的应用,并对目前SACs的挑战以及未来的研究方向进行展望。

图1. SACs的合成方法和反应机理。

要点一:对SACs的合成策略的研究现状、优缺点进行总结,并提出合成方面的新需求。

要点二:结合先进的原位表征技术确定反应的活性位点以及配位结构,进而讨论催化剂的活性来源以及ORR电催化机理。

要点三: 通过调节SACs的中心金属原子、配位原子、环境原子、客体原子对配位环境进行调整从而有效的提高SACs的活性及稳定性。

该工作第一作者为哈尔滨工程大学佟苗苗博士,通讯作者为黑龙江大学王蕾教授和付宏刚教授。

论文信息:

Designed Synthesis and Catalytic Mechanisms of Non-Precious Metal Single-Atom Catalysts for Oxygen Reduction Reaction

Miaomiao Tong, Lei Wang*, Honggang Fu*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202100865

链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202100865