2016年ORR十大进展！

声明：

1. 不分先后，排序按心情！

2. 仅限我们所知，不代表所有！

 

ORR是燃料电池中的重要反应，而Pt催化剂是现有最好的ORR催化剂。据估计，每提供1 kW的能量需要0.25 g Pt催化剂，即便将现有所有Pt用于燃料电池汽车，也只能供应全球10%汽车，不到1000万辆汽车的运行。因此，减少Pt的负载量并提高ORR性能，是燃料电池可持续发展，清洁能源取代化石能源的必经之路。

 

2016年，ORR取得了长足的进步，以下是纳米人工作室精选的部分重要成果，供大家借鉴！

 

1. Science：N掺杂碳材料ORR活性位点确认！

 

以高度取向的热解石墨HOPG作为模型催化剂，具有均匀的π结构和精确控制掺杂的N物种。得出以下结论：

1）ORR活性由吡啶型N（pyridinic N）引起。

2）CO₂吸附表明吡啶型N产生Lewis碱位点。

3）N-掺杂的碳材料ORR活性位点是吡啶型N旁边具有Lewis碱性的碳原子。

 

 

Donghui Guo, Takahiro Kondo, Junji Nakamura et al. Active sites of nitrogen-doped carbon materials for oxygen reduction reaction clarified using model catalysts. Science, 2016, 351, 361-365.

 

2. Nature子刊：MOF衍生的ORR和OER双功能电催化剂！

 

从ZIF-67衍生出N掺杂的碳纳米管材料，其ORR和OER活性与稳定性可媲美商业Pt/C催化剂，而且具有较高的甲醇耐受度和持续稳定的活性。

 

 

 

Bao Yu Xia, Xiong Wen (David) Lou, Xin Wang et al. A metal–organic framework-derived bifunctional oxygen electrocatalyst. Nature Energy, 2016, 1.

 

3. Science：镧系元素调控Pt纳米合金ORR活性！

 

系统研究了一系列共8种Pt-镧系/碱土金属合金电极：Pt5M，发现酸浸导致在催化剂表面产生的单层Pt是这类催化剂的活性主要来源，催化剂中的压应力使ORR活性爆发式增强。

 

 

María Escudero-Escribano, Ifan E. L. Stephens*, Ib Chorkendorff,* et al. Tuning the activity of Pt alloy electrocatalysts by means of the lanthanide contraction. Science, 2016, 352, 73-76.

 

4. Nature子刊：非贵金属ORR机理研究！

 

利用一种脂类修饰的电极来调控质子到Cu基催化剂的传递，从而促进ORR反应的进行。发现，当质子和电子传递速率不匹配时，会产生副产物：H₂O₂ and O²⁻。当质子传递速率较快时，会促进H₂O₂的生成；而当子传递速率变慢时，又会促进O²⁻的生成。只有当质子传递速率和O-O键断裂速率相匹配时，才能确保只有目标产物H₂O生成。

 

Edmund C. M. Tse, Christopher J. Barile, Andrew A. Gewirth et al. Proton transfer dynamics control the mechanism of O2 reduction by a non-precious metal electrocatalyst. Nature Materials, 2016.

 

5. Nature子刊：Pt-Co纳米线高效ORR性能！

 

报道了一种新型的多级结构Pt-Co合金纳米线，富铂的高指数晶面和有序的间金属结构，赋予其高效的ORR和乙醇氧化催化性能！

 

 

Lingzheng Bu, Shaojun Guo,      Xu Zhang,     Xuan Shen,    Dong Su, Gang Lu,  Xing Zhu, Jianlin Yao,      Jun Guo   & Xiaoqing Huang et al. Surface engineering of hierarchical platinum-cobalt nanowires for efficient electrocatalysis. Nature Communications 7, 11850.

 

6. Nature子刊：Pt基高效ORR电催化剂界面设计！

 

在以PtNi₃纳米八面体为基础，在Pt-Ni合金表面构建了一层超薄的无定形Ni-B薄膜。这种Ni-B薄膜作为电子受体，起到了调控Pt-Ni催化剂表面电子结构的作用，特殊的界面设计实现了ORR性能的大幅度提高！

 

 

Daping He, Libo Zhang, Yuen Wu, Chen Chen, Yadong Li et al. Amorphous nickel boride membrane on a platinum–nickel alloy surface for enhanced oxygen reduction reaction. Nature Communications 2016, 7, 12362.

 

7. Science：双轴应力的PtPb@Pt核壳结构 ORR电催化剂！

 

报道了一种PtPb@Pt核壳结构纳米片电催化剂，内核Pt-CPb纳米片在一些方向上表现出拉伸应力，而在另外一些方向上表现出压缩应力，使表面位点整体处于一个最适当的压缩状态，极大提高了ORR活性和稳定性。

Lingzheng Bu, Nan Zhang, Shaojun Guo, Dong Su, Xiaoqing Huang et al. Biaxially strained PtPb/Pt core/shell nanoplate boosts oxygen reduction catalysis. Science 2016, 354, 1410-1414.

 

8. Science：Pt纳米线ORR超高质量活性！

 

报道了一种带有锯齿结构的Pt纳米线，高应力的、富菱形结构的表面使这种锯齿结构Pt纳米线ORR质量活性大幅提高。

 

 

Mufan Li, Zipeng Zhao, William A. Goddard III, Yu Huang, Xiangfeng Duan et al. Ultrafine jagged platinum nanowires enable ultrahigh mass activity for the oxygen reduction reaction. Science 2016.

 

9. Science：LiCoO₂充放电调控Pt催化剂应力增强ORR！

 

以锂离子电池电极材料LCO作为载体，通过充放电制备了4种不同的负载型Pt纳米催化剂。对比发现，压缩应力使Pt纳米催化剂的ORR活性增加90%，拉伸应力使Pt纳米催化剂的ORR活性降低40%。并实现催化活性控制的策略具有良好的普适性，将有望拓展到MoS₂、TiO₂、Bi₂Se₃、黑磷等一系列层状材料上。

 

Haotian Wang, Shicheng Xu, Yi Cui et al. Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials. Science 2016, 354, 6315, 1031-1036.

 

10. Science：基于单层Pt的核壳结构电催化剂！

 

开发了一种在过渡金属碳化物纳米颗粒表面进行单层Pt或者PtRu自组装的核壳结构电催化剂，具有超强的抗烧结和抗CO毒化性能，并将这种制备方法扩展到Au、PtAu、PtIr、PtRh等其他贵金属催化剂体系的情况。

 

 

Sean T. Hunt, Yuriy Román-Leshkov et al. Self-assembly of noble metal monolayers on transition metal carbide nanoparticle catalysts. Science,  2016, 352, 974-978.

 

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