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AFM:碳基電催化劑中的缺陷工程:洞悉內(nèi)在的碳缺陷

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(jìn)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(jī)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(jìn)與氣體有關(guān)的動力學(xué)過程,來促進(jìn)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

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