Active Sites and Mechanism of Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysis on Nitrogen‐Doped Carbon Materials

催化作用 电催化剂 材料科学 石墨烯 碳纳米管 碳纤维 铂金 氧还原反应 电化学 兴奋剂 纳米技术 化学 有机化学 电极 复合数 物理化学 复合材料 光电子学
作者
Santosh K. Singh,Kotaro Takeyasu,Junji Nakamura
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (13): e1804297-e1804297 被引量:727
标识
DOI:10.1002/adma.201804297
摘要

Abstract The oxygen reduction reaction (ORR) is a core reaction for electrochemical energy technologies such as fuel cells and metal–air batteries. ORR catalysts have been limited to platinum, which meets the requirements of high activity and durability. Over the last few decades, a variety of materials have been tested as non‐Pt catalysts, from metal–organic complex molecules to metal‐free catalysts. In particular, nitrogen‐doped graphitic carbon materials, including N‐doped graphene and N‐doped carbon nanotubes, have been extensively studied. However, due to the lack of understanding of the reaction mechanism and conflicting knowledge of the catalytic active sites, carbon‐based catalysts are still under the development stage of achieving a performance similar to Pt‐based catalysts. In addition to the catalytic viewpoint, designing mass transport pathways is required for O 2 . Recently, the importance of pyridinic N for the creation of active sites for ORR and the requirement of hydrophobicity near the active sites have been reported. Based on the increased knowledge in controlling ORR performances, bottom‐up preparation of N‐doped carbon catalysts, using N‐containing conjugative molecules as the assemblies of the catalysts, is promising. Here, the recent understanding of the active sites and the mechanism of ORRs on N‐doped carbon catalysts are reviewed.
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