納米人 2020-04-04
功能化碳納米材料作為可再生能源系統的重要選擇，憑借其性能優勢，被廣泛用于各種電化學反應中。結構中不可避免的缺陷位點極大地影響了碳納米材料的理化特性，因此缺陷工程近來已成為碳基電催化劑的重要研究方向。由于表面電荷狀態的改變，中間體的吸附自由能的變化以及帶隙的減小，碳缺陷位點可以直接充當活性位點。此外，固有缺陷與雜原子摻雜之間的協同作用可進一步優化電子結構和吸附/解吸行為，使碳基催化劑在電催化方面可與商業貴金屬催化劑媲美。基于此，武漢理工大學木士春教授等人發表綜述系統地總結了固有碳缺陷涉及的催化中心的常見構型，構造策略，構效關系以及表征方法。這種由內在缺陷引起的活性的催化機理，可以為高效的碳基電催化劑的設計和構建提供必要的指導。
本文要點：
1） 由于其可控的組成和結構，出色的電導率和化學穩定性，可以在碳骨架內構建豐富的催化活性位，使其具有良好的電化學反應性，并成為未來清潔能源的最重要選擇之一。
2） 缺陷工程是改變碳骨架表面化學狀態的有效手段，因此可以提高電化學反應性。具體而言，內在的碳缺陷既可以直接用作有效的活性中心，也可以與雜原子摻雜劑/金屬物種共同構建更多的活性協同位點。
3） 通過改變活性位點上的電子結構并利用其局部電荷再分布來優化碳構架內的電荷狀態，產生大量潛在的活性中心并促進與氣體有關的動力學過程，來促進電催化活性。
Jiawei Zhu, et al. Defect Engineering in the Carbon‐Based Electrocatalysts: Insight into the Intrinsic Carbon Defects, Adv. Funct. Mater. 2020，DOI: 10.1002/adfm.202001097
https://doi.org/10.1002/adfm.202001097