Science：N掺杂碳材料ORR活性位点确认！

众所周知，N掺杂的碳材料表现出良好的ORR电化学活性，对于新能源体系的开发具有重要意义。然而，这类材料的ORR活性位点却不甚了然，不便于进一步开发更高性能的催化剂。

有鉴于此，日本科学家Takahiro Kondo和Junji Nakamura等人设计了一种模型催化剂：一种全新的石墨材料（高度取向的热解石墨HOPG），具有均匀的π结构和精确控制掺杂的N物种。

 

图1. 反应机理

通过该模型催化剂，研究人员得出以下结论：

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

表1. N-HOPG与N-Graphene的ORR活性对比

图2. N-HOPG结构与元素分析和ORR性能

图3. N-HOPG催化活性

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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.