Defect Engineering in the Carbon-Based Electrocatalysts: Insight into the Intrinsic Carbon Defects
納米人 2020-04-04
功能化碳納米材料作為可再生能源系統(tǒng)的重要選擇，憑借其性能優(yōu)勢，被廣泛用于各種電化學(xué)反應(yīng)中。結(jié)構(gòu)中不可避免的缺陷位點極大地影響了碳納米材料的理化特性，因此缺陷工程近來已成為碳基電催化劑的重要研究方向。由于表面電荷狀態(tài)的改變，中間體的吸附自由能的變化以及帶隙的減小，碳缺陷位點可以直接充當(dāng)活性位點。此外，固有缺陷與雜原子摻雜之間的協(xié)同作用可進一步優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)和吸附/解吸行為，使碳基催化劑在電催化方面可與商業(yè)貴金屬催化劑媲美。基于此，武漢理工大學(xué)木士春教授等人發(fā)表綜述系統(tǒng)地總結(jié)了固有碳缺陷涉及的催化中心的常見構(gòu)型，構(gòu)造策略，構(gòu)效關(guān)系以及表征方法。這種由內(nèi)在缺陷引起的活性的催化機理，可以為高效的碳基電催化劑的設(shè)計和構(gòu)建提供必要的指導(dǎo)。
本文要點：
1） 由于其可控的組成和結(jié)構(gòu)，出色的電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性，可以在碳骨架內(nèi)構(gòu)建豐富的催化活性位，使其具有良好的電化學(xué)反應(yīng)性，并成為未來清潔能源的最重要選擇之一。
2） 缺陷工程是改變碳骨架表面化學(xué)狀態(tài)的有效手段，因此可以提高電化學(xué)反應(yīng)性。具體而言，內(nèi)在的碳缺陷既可以直接用作有效的活性中心，也可以與雜原子摻雜劑/金屬物種共同構(gòu)建更多的活性協(xié)同位點。
3） 通過改變活性位點上的電子結(jié)構(gòu)并利用其局部電荷再分布來優(yōu)化碳構(gòu)架內(nèi)的電荷狀態(tài)，產(chǎn)生大量潛在的活性中心并促進與氣體有關(guān)的動力學(xué)過程，來促進電催化活性。
Jiawei Zhu, et al. Defect Engineering in the Carbon‐Based Electrocatalysts: Insight into the Intrinsic Carbon Defects, Adv. Funct. Mater. 2020，DOI: 10.1002/adfm.202001097
https://doi.org/10.1002/adfm.202001097