Nature子刊综述：碳基非金属催化剂！
纳米人
HER, ORR和OER是工业生产和清洁能源等领域的三大重要反应，尤其在水裂解制氢，燃料电池和金属-空气电池领域举足轻重。这几个反应都要用催化剂来提高其活性，目前用的较多的主要是金属和金属氧化物类催化剂，譬如Pt, Pd，Ir等等。
其问题在于：基于金属的催化剂往往选择性较低，稳定性较差，易于受反应气氛毒化，并对环境有一定的影响；另外，其价格昂贵，储量较少等问题也一直令人们对其可持续地大规模工业应用忧心忡忡！
2009年，戴黎明课题组开发了一种全新的碳纳米管材料，具有超过商业Pt/C的高效ORR催化性能，正式开启了低成本碳基非金属催化剂的研究序幕！
近年来，研究人员相继开发了大量的碳基非金属催化剂，尤其是杂原子掺杂的CNT、石墨烯以及g-C3N4等材料，广泛应用于金属-空气电池和太阳能电池的电极材料、可见光裂解水制氢气和氧气、CO2还原、工业催化等方面，在能源转化、能源存储、环境保护以及工业生产等领域大放异彩！
有鉴于此，Liu和Dai等人综述了碳基非金属催化剂的最新进展，现分享给大家，仅供参考！
图1. 碳基非金属催化剂大事记
表1. 代表性碳基非金属催化剂汇总
图2. 不同碳基非金属催化剂设计原则
图3. 碳基非金属催化剂的典型应用（金属-空气电池的空气电极；HER；染料敏化太阳能电池正极；可见光裂解水制氢气和氧气；CO2还原；工业催化）
图4. 不同类型N掺杂碳材料及其ORR和CO2还原机理
首次报道非金属催化剂ORR性能超过金属催化剂（N掺杂的垂直排列的CNT阵列）
首次报道非金属催化剂在酸性PEM中具有长期操作稳定性和可与最佳非贵金属催化剂媲美的质量能量密度（N掺杂的石墨烯CNT）
首次报道非金属催化剂具有与非贵金属催化剂媲美的OER活性（N掺杂的碳材料）
首次报道OER和ORR双功能非金属催化剂用作高效Zn-Air电池与非贵金属催化剂媲美的OER活性（N/P掺杂的泡沫碳）
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Xien Liu and Liming Dai. Carbon-based metal-free catalysts. Nature Reviews Materials 2016.
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