Nature Catal综述：中性环境氧还原反应与生物电化学系统结合

纳米技术

2022-09-10

氧还原反应（ORR）是电化学能源转化和存储、腐蚀、化学工艺等领域最重要的反应。ORR反应在生物过程（呼吸生化链式反应等）中扮演主要角色，而且是微生物/酶燃料电池、微生物合成、海水脱盐淡化和净化、生物传感等多种多样的生物电化学器件/系统。来自各种不同背景的研究者集中到一起研究，尝试在接近中性的条件进行结合生物过程的ORR反应。但是在中性附近的pH环境ORR反应机理非常复杂，其中包括生物学催化剂（生物系统以及衍生结构）和非生物学催化剂（无机材料/复合物）。

有鉴于此，比利时弗拉芒大区工业技术研究院(VITO) Deepak Pant 等综述报道不同催化剂的相关ORR机理和路径，并且讨论各种ORR催化剂与生物电催化体系结合的实际操作可行性。此外，还分析实际应用过程中使用氧去极化策略导致的技术挑战。

本文要点

（1）

首先作者讨论ORR的机理与具体反应步骤，随后对无机催化剂的ORR反应进行分析，并且着重讨论了电子转移机理与局限性。作者讨论了基于电子转移机理的酶催化ORR反应，并且总结了酶催化电化学反应的局限性，与其可能应用于酶-电化学系统。此外，作者总结了细菌电催化剂的ORR机理与相对应的电子转移机理、催化反应的决速步骤、细菌的产生和生长、微生物-电化学体系的催化活性等问题。讨论了各种见诸报道的电极结构，并且讨论各种电极结构的优点和缺点。最后，对环境pH条件进行ORR的前景与未来发展趋势进行展望。

参考文献

Santoro, C., Bollella, P., Erable, B. et al. Oxygen reduction reaction electrocatalysis in neutral media for bioelectrochemical systems. Nat Catal 5, 473–484 (2022)

DOI: 10.1038/s41929-022-00787-2

https://www.nature.com/articles/s41929-022-00787-2