氧电反应复杂的电子转移过程和不利的动力学行为,作为绿色能源重大前沿技术的关键环节,锁住了新能源世界的大门,吸引着世界各地的研究人员开发高效的催化剂来促进反应过程。本文在全面介绍OER/ORR机理和原位表征的基础上,重点综述了氧电催化剂的各种构效关系(包括几何形貌和化学结构对电催化性能的影响),并对氧电催化剂活性增强的根本原因进行了深刻的见解。在此基础上,我们将最前沿的氧电催化剂明确划分为SACs、合金、氧化物、MOFs/COFs等不同类别,并结合理论研究和燃料电池、金属-空气电池等器件应用进行全面介绍。尽管目前在氧电催化领域取得了丰硕的成果,但不可否认的是,大规模产业化进程仍处于初级阶段,仍存在不容忽视的瓶颈,制约着氧电催化的快速发展。对此,有必要在更深层次上探索反应机理,从而更好地设计靶向催化剂。理论模拟和计算可以为理解各种材料的催化机理提供很好的途径,已成为一个重点研究方向。通过理论计算可以得到活性位点的演变、中间体的演变以及环境的影响,为设计具有高效活性位点的氧电催化剂提供参考。此外,可控合成技术对于开发具有可控尺寸和结构的催化剂具有重要意义。特定的尺寸和结构可以提供丰富的活性位点,从而提高催化剂的性能。因此,在可控合成过程中,应更多地关注合成具有定制化组成、尺寸均匀性、不同形态、暴露表面和杂化结构(如核壳和异质结构)的材料,这些材料将提供丰富的活性位点和反应选择性,增强稳定性并实现多功能化。

图1:氧电催化中的构效关系研究

文章详情:Jingyi Han,Jingru Sun,Siyu Chen,Siying Zhang,Luoluo Qi,Anaer Husile,Jingqi Guan*,Structure-Activity Relationships in Oxygen Electrocatalysis, Adv. Mater. 2024, 2408139.

原文链接:http://doi.org/10.1002/adma.202408139