ChemCatChem:ZIF衍生碳材料在氧气还原反应中应用的最新进展

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天津工业大学梅东海教授课题组对于ZIF衍生碳材料(ZDCs)在氧气还原反应中应用的最新进展进行了综述,作者系统介绍了影响ZDCs氧还原性能的关键因素,包括合成方法、ZDC的颗粒尺寸/形貌,以及金属中心种类及其配位环境等,并对基于ZDCs材料开发高性能氧还原催化剂的未来机遇和挑战进行了展望。



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众所周知,氧还原反应(ORR)的缓慢动力学是低温燃料电池、金属-空气电池等电化学能源储存与转化技术广泛应用的主要瓶颈。因此,开发活性、耐久且具有成本效益的ORR催化剂是研究人员面临的重要挑战。在各种非贵金属催化剂(NPMCs)中,近年来,以沸石咪唑酸盐框架(ZIF)为前驱体制备的碳材料引起了广泛关注。这些材料具有显著特点,如高比表面积、丰富的多孔性、可调控的化学/电子结构和优异的ORR活性。在某些情况下,它们甚至优于最先进的铂基的ORR催化剂。鉴于ZIF衍生碳材料在ORR领域的快速发展,天津工业大学梅东海教授团队对该领域的最新进展进行了综述。


在本综述中,作者首先对ZIFs和ZIF衍生碳材料的历史发展、结构特征和典型合成方法进行了简明介绍。随后,全面概述了ZDCs开发中的最新进展,总结了在合成过程中影响ORR活性的关键因素。然后,文章重点介绍了关于ZDCs结构方面(包括尺寸、形状/尺寸和粒子形态)与其对ORR性能影响之间构效关系的最新机理。此外,作者概述了ZIF衍生碳内活性位点结构工程的调控方法,并系统介绍了识别、量化和活性位点结构工程的典型策略。接着,展示了ZDCs在低温燃料电池和金属空气电池中的应用实例。最后,文章讨论了ZIF衍生碳应用于氧还原反应过程中潜在的的挑战、前景,并提供了优化ZIF衍生碳在ORR应用中催化效率的指导原则。

文信息

Recent Progress in ZIF-Derived Carbons for Enhanced Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysis

Liu-Liu Shen, Cong Yong, Yipu Xu, Peiran Wu, Prof. Gui-Rong Zhang, Prof. Donghai Mei


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202301379

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