氧还原反应前沿与进展

赵苹苹 ,  胡锴 ,  蔡苹 ,  程功臻

引用本文: 赵苹苹,  胡锴,  蔡苹,  程功臻. 氧还原反应前沿与进展[J]. 大学化学, 2019, 34(5): 33-41. doi: 10.3866/PKU.DXHX201810015 shu
Citation:  ZHAO Pingping,  HU Kai,  CAI Ping,  CHENG Gongzhen. Recent Developments on Advanced Electrocatalysis for Oxygen Reduction Reaction[J]. University Chemistry, 2019, 34(5): 33-41. doi: 10.3866/PKU.DXHX201810015 shu

氧还原反应前沿与进展

  • 基金项目:

    中国博士后基金(2017M612496)

摘要: 主要介绍氧还原反应的研究意义、反应机理以及研究现状。氧还原反应作为燃料电池的阴极反应,其能否高效进行将直接影响燃料电池的转化效率。目前,氧还原反应的反应机制仍存在较大争议,包括活性位点及反应步骤等。商业碳载铂虽然活性很高,然而其在实际应用中却会受到多方面限制。本文着重介绍了近些年报道的非金属及非贵金属催化剂。非金属及非贵金属催化剂在自然界中资源丰富、价格低廉、制备简单、导电性及稳定性良好,且不会被小分子毒化。所以,对非金属及非贵金属材料的氧还原研究可为新型能源装置的应用提供参考。

English

    1. [1] Wang, Q.; Hisatomi, T.; Jia, Q.; Tokudome, H.; Zhong, M.; Wang, C.; Pan, Z.; Takata, T.; Nakabayashi, M.; Shibata, N.; Li, Y.; Sharp, I. D.; Kudo, A.; Yamada, T.; Domen, K. Nat. Mater. 2016, 15, 611.

    2. [2] Ding, Y.; Yu, G. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4614.

    3. [3] Zhao, P.; Xu, W.; Hua, X.; Luo, W.; Chen, S.; Cheng, G. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 11006.

    4. [4] 郭亚肖, 商昌帅, 李敬, 汪尔康. 中国科学:化学, 2018, 48, 926.

    5. [5] Zhou, M.; Wang, H. L.; Guo, S. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 1273.

    6. [6] Dong, Q.; Zhuang, X.; Li, Z.; Li, B.; Fang, B.; Yang, C.; Xie, H.; Zhang, F.; Feng, X. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 7767.

    7. [7] Barman, B. K.; Nanda, K. K. Green Chem. 2016, 18, 427.

    8. [8] Sahraie, N. R.; Kramm, U. I.; Steinberg, J.; Zhang, Y.; Thomas, A.; Reier, T.; Paraknowitsch, J. P.; Strasser, P. Nat. Commun. 2015, 6, 8618.

    9. [9] Zhao, S.; Yin, H.; Du, L.; He, L.; Zhao, K.; Chang, L.; Yin, G.; Zhao, H.; Liu, S.; Tang, Z. ACS Nano 2014, 8, 12660.

    10. [10] Sasaki, K.; Naohara, H.; Cai, Y.; Choi, Y. M.; Liu, P.; Vukmirovic, M. B.; Wang, J. X.; Adzic, R. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8602.

    11. [11] Kannan, A.; Kabza, A.; Scholta, J. J. Power Sources 2015, 277, 312.

    12. [12] Guo, Z.; Jiang, C.; Teng, C.; Ren, G.; Zhu, Y.; Jiang, L. Acs Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 21454.

    13. [13] Sun, T.; Wu, Q.; Che, R.; Bu, Y.; Jiang, Y.; Li, Y.; Yang, L.; Wang, X.; Hu, Z. ACS Catal. 2015, 5, 1857.

    14. [14] Jiang, S.; Zhu, C.; Dong, S. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 3593.

    15. [15] Zhang, J.; Wu, S.; Chen, X.; Pan, M.; Mu, S. J. Power Sources 2014, 271, 522.

    16. [16] Peng, H.; Mo, Z.; Liao, S.; Liang, H.; Yang, L.; Luo, F.; Song, H.; Zhong, Y.; Zhang, B. Sci. Rep. 2013, 3, 1765.

    17. [17] Strickland, K.; Miner, E.; Jia, Q.; Tylus, U.; Ramaswamy, N.; Liang, W.; Sougrati, M. T.; Jaouen, F.; Mukerjee, S. Nat. Commun. 2015, 6, 7343.

    18. [18] 朱军杰, 段纯, 梁彦瑜. 化学研究, 2018, 29, 221.

    19. [19] 邓昕, 陈亨权, 胡野, 和庆钢. 电化学, 2018, 24, 235.

    20. [20] Li, J. S.; Li, S. L.; Tang, Y. J.; Han, M.; Dai, Z. H.; Bao, J. C.; Lan, Y. Q. Chem. Commun.(Cambridge, U. K.) 2015, 51, 2710.

    21. [21] Jiang, W. J.; Zhang, Y.; Zhang, X.; Hu, J. S.; Wan, L. J.; Jiang, W. J.; Li, L.; Zhang, Y.; Wei, Z.; Gu, L.; Zhang, L. J.; Wang, J. Q. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3570.

    22. [22] Hu, Y.; Jensen, J. O.; Zhang, W.; Martin, S.; Chenitz, R.; Pan, C.; Xing, W.; Bjerrum, N. J.; Li, Q. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 1752.

    23. [23] Yang, W.; Liu, X.; Yue, X.; Jia, J.; Guo, S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1436.

    24. [24] Zhu, J.; Xiao, M.; Liu, C.; Ge, J.; St-Pierre, J.; Xing, W. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 21451.

    25. [25] Ramaswamy, N.; Tylus, U.; Jia, Q.; Mukerjee, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15443.

    26. [26] Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7559.

    27. [27] Jia, Q.; Ramaswamy, N.; Hafiz, H.; Tylus, U.; Strickland, K.; Wu, G.; Barbiellini, B.; Bansil, A.; Holby, E. F.; Zelenay, P.; Mukerjee, S. ACS Nano 2015, 9, 12496.

    28. [28] Singh, D.; Mamtani, K.; Bruening, C. R.; Miller, J. T.; Ozkan, U. S. ACS Catal. 2014, 4, 3454.

    29. [29] Su, X.; Liu, J.; Yao, Y.; You, Y.; Zhang, X.; Zhao, C.; Wan, H.; Zhou, Y.; Zou, Z. Chem. Commun.(Cambridge, U. K.) 2015, 51, 16707.

    30. [30] Zhu, Y.; Zhang, B.; Wang, D. W.; Su, D. S. ChemSusChem 2015, 8, 4016.

    31. [31] Wang, Q.; Zhou, Z. Y.; Lai, Y. J.; You, Y.; Liu, J. G.; Wu, X. L.; Terefe, E.; Chen, C.; Song, L.; Rauf, M.; Tian, N.; Sun, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10882.

    32. [32] Singh, D.; Tian, J.; Mamtani, K.; King, J.; Miller, J. T.; Ozkan, U. S. J. Catal. 2014, 317, 30.

    33. [33] Zhang, J.; He, D.; Su, H.; Chen, X.; Pan, M.; Mu, S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 1242.

    34. [34] Kattel, S.; Wang, G. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 452.

    35. [35] Xing, T.; Zheng, Y.; Li, L. H.; Cowie, B. C. C.; Gunzelmann, D.; Qiao, S. Z.; Huang, S.; Chen, Y. ACS Nano 2014, 8, 6856.

    36. [36] Liang, J.; Du, X.; Gibson, C.; Du, X. W.; Qiao, S. Z. Adv. Mater. 2013, 25, 6226.

    37. [37] Zheng, Y.; Jiao, Y.; Ge, L.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3110.

    38. [38] Du, X.; Shi, B.; Tang, Y.; Dai, S.; Qiao, S. Z. Biomaterials 2014, 35, 5580.

    39. [39] Guo, D.; Shibuya, R.; Akiba, C.; Saji, S.; Kondo, T.; Nakamura, J. Science(Washington, DC, U. S.) 2016, 351, 361.

    40. [40] Maldonado, S.; Stevenson, K. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 4707.

    41. [41] Matter, P. H.; Zhang, L.; Ozkan, U. S. J. Catal. 2006, 239, 83.

    42. [42] Liang, H. W.; Wu, Z. Y.; Chen, L. F.; Li, C.; Yu, S. H. Nano Energy 2015, 11, 366.

    43. [43] Wang, J.; Ma, R.; Zhou, Z.; Liu, G.; Liu, Q. Sci. Rep. 2015, 5, 9304/1.

    44. [44] Li, J.; Chen, Y.; Tang, Y.; Li, S.; Dong, H.; Li, K.; Han, M.; Lan, Y. Q.; Bao, J.; Dai, Z. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 6316.

    45. [45] Jin, J.; Pan, F.; Jiang, L.; Fu, X.; Liang, A.; Wei, Z.; Zhang, J.; Sun, G. ACS Nano 2014, 8, 3313.

    46. [46] Gong, Y.; Fei, H.; Zou, X.; Zhou, W.; Yang, S.; Ye, G.; Liu, Z.; Peng, Z.; Lou, J.; Vajtai, R.; Yakobson, B. I.; Tour, J. M.; Ajayan, P. M. Chem. Mater. 2015, 27, 1181.

    47. [47] Liu, Q.; Zhou, Y.; Chen, S.; Wang, Z.; Hou, H.; Zhao, F. J. Power Sources 2015, 273, 1189.

    48. [48] Li, R.; Wei, Z.; Gou, X. ACS Catal. 2015, 5, 4133.

    49. [49] Hao, L.; Zhang, S.; Liu, R.; Ning, J.; Zhang, G.; Zhi, L. Adv. Mater. 2015, 27, 3190.

    50. [50] Shi, H.; Shen, Y.; He, F.; Li, Y.; Liu, A.; Liu, S.; Zhang, Y. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 15704.

    51. [51] Zhang, G.; Lu, W.; Cao, F.; Xiao, Z.; Zheng, X. J. Power Sources 2016, 302, 114.

    52. [52] Qu, K.; Zheng, Y.; Dai, S.; Qiao, S. Z. Nano Energy 2016, 19, 373.

    53. [53] Vij, V.; Tiwari, J. N.; Lee, W. G.; Yoon, T.; Kim, K. S. Sci. Rep. 2016, 6, 20132.

    54. [54] Tian, G. L.; Zhao, M. Q.; Yu, D.; Kong, X. Y.; Huang, J. Q.; Zhang, Q.; Wei, F. Small 2014, 10, 2251.

    55. [55] Gu, W.; Hu, L.; Hong, W.; Jia, X.; Li, J.; Wang, E. Chem. Sci. 2016, 7, 4167.

    56. [56] Jahan, M.; Bao, Q.; Loh, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6707.

    57. [57] Huang, H.; Feng, X.; Du, C.; Wu, S.; Song, W. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 4976.

    58. [58] Li, Q.; Pan, H.; Higgins, D.; Cao, R.; Zhang, G.; Lv, H.; Wu, K.; Cho, J.; Wu, G. Small 2015, 11, 1443.

    59. [59] Mao, C.; Kong, A.; Wang, Y.; Bu, X.; Feng, P. Nanoscale 2015, 7, 10817.

    60. [60] Wang, X.; Zhou, J.; Fu, H.; Li, W.; Fan, X.; Xin, G.; Zheng, J.; Li, X. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 14064.

    61. [61] Xia, W.; Zou, R.; An, L.; Xia, D.; Guo, S. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 568.

    62. [62] Lv, L. B.; Ye, T. N.; Gong, L. H.; Wang, K. X.; Su, J.; Li, X. H.; Chen, J. S. Chem. Mater. 2015, 27, 544.

    63. [63] Zhou, W.; Zhou, J.; Zhou, Y.; Lu, J.; Zhou, K.; Yang, L.; Tang, Z.; Li, L.; Chen, S. Chem. Mater. 2015, 27, 2026.

    64. [64] Ci, S.; Wen, Z.; Mao, S.; Hou, Y.; Cui, S.; He, Z.; Chen, J. Chem. Commun.(Cambridge, U. K.) 2015, 51, 9354.

    65. [65] Xi, J.; Xia, Y.; Xu, Y.; Xiao, J.; Wang, S. Chem. Commun.(Cambridge, U. K.) 2015, 51, 10479.

    66. [66] Chen, Y. Z.; Wang, C.; Wu, Z. Y.; Xiong, Y.; Xu, Q.; Yu, S. H.; Jiang, H. L. Adv. Mater.(Weinheim, Ger.) 2015, 27, 5010.

    67. [67] Zhao, P.; Nie, H.; Yu, J.; Wang, J.; Cheng, G. Inorg. Chem. Front. 2018, 5, 2546.

    68. [68] Liang, J.; Zhou, R. F.; Chen, X. M.; Tang, Y. H.; Qiao, S. Z. Adv. Mater. 2014, 26, 6074.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  56
  • 文章访问数:  1846
  • HTML全文浏览量:  343
文章相关
  • 收稿日期:  2018-10-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章