Research progress of Fe-N-C catalysts for the electrocatalytic oxygen reduction reaction

催化作用 氧还原反应 铂金 金属 燃料电池 材料科学 氧还原 化学 纳米技术 电催化剂 碳纤维 化学工程 无机化学 电化学 电极 有机化学 冶金 物理化学 工程类 复合材料 复合数
作者
Ying Wang,Lei Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (7): 1701-1722 被引量:38
标识
DOI:10.1007/s40843-022-2059-x
摘要

The oxygen reduction reaction (ORR) is an important half-reaction for various energy devices, such as fuel cells and metal-air batteries. The sluggish kinetics of the four-electron ORR needs the development of electrocatalysts with high efficiency and activity to replace precious metal platinum. Alternatively, metal-nitrogen-carbon catalysts, particularly Fe-N-C, are considered the most promising candidates because their rich active sites can reduce the energy barrier of oxygenic intermediates. In this review, the recent research breakthroughs of Fe-N-C catalysts in theoretical and experimental studies are summarized in detail. First, the mechanistic understanding of the electrocatalytic ORR based on Fe-N-C catalysts is outlined. Then, the design strategies of Fe-N-C catalysts and classifications of active sites are expounded, after which the connection between the active site and catalytic performance is discussed. Subsequently, the application status of Fe-N-C catalysts in polymer membrane fuel cells and zinc-air batteries is described. Finally, the challenges and opportunities of Fe-N-C catalysts regarding controllable synthesis, mechanism, and applications in energy devices are further proposed.
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