Guiding Principles for Designing Highly Efficient Metal‐Free Carbon Catalysts

催化作用 材料科学 合理设计 碳纤维 纳米技术 纳米材料 二氧化碳电化学还原 分解水 化学能 一氧化碳 光催化 化学 有机化学 复合数 复合材料
作者
Lipeng Zhang,Chun‐Yu Lin,Detao Zhang,Lele Gong,Y. Zhu,Zhenghang Zhao,Quan Xu,Hejun Li,Zhenhai Xia
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (13) 被引量:150
标识
DOI:10.1002/adma.201805252
摘要

Abstract Carbon nanomaterials are promising metal‐free catalysts for energy conversion and storage, but the catalysts are usually developed via traditional trial‐and‐error methods. To rationally design and accelerate the search for the highly efficient catalysts, it is necessary to establish design principles for the carbon‐based catalysts. Here, theoretical analysis and material design of metal‐free carbon nanomaterials as efficient photo‐/electrocatalysts to facilitate the critical chemical reactions in clean and sustainable energy technologies are reviewed. These reactions include the oxygen reduction reaction in fuel cells, the oxygen evolution reaction in metal–air batteries, the iodine reduction reaction in dye‐sensitized solar cells, the hydrogen evolution reaction in water splitting, and the carbon dioxide reduction in artificial photosynthesis. Basic catalytic principles, computationally guided design approaches and intrinsic descriptors, catalytic material design strategies, and future directions are discussed for the rational design and synthesis of highly efficient carbon‐based catalysts for clean energy technologies.
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