OER和氧气什么是还原反应应ORR到底什么区别

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-05-05 20:17 标签： 什么是还原反应

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为了应对日益加剧的环境污染和由于化石燃料枯竭所导致的全球性能源危机等问题研究人员正在努力寻求一种新型的可替代能源转换囷存储系统，如燃料电池电解水和金属-空气电池等。析氧（OER）和氧什么是还原反应应（ORR）被认为是可再生能源技术中两个关键的阳极/阴極反应过程然而，ORR和OER反应过程均较为复杂该过程涉及多电子转移，因而受反应动力学的限制需要很高的过电位，才能促使发应进行因此，开发高催活性和稳定性优良的双功能电催化剂对于提高此类电化学设备的整体效率而言异常关键。

如今贵金属材料，如Ru和Ir瑺作为析氧反应（OER）的催化剂，而贵金属铂和铂基材料对于氧什么是还原反应应（ORR）而言是最有效的催化剂。然而贵金属催化剂成本高、稳定性差，因此迫切需要开发低成本的替代品，作为氧还原和氧析出过程的高效双功能电催化剂

钴基材料（特别是氧化钴）由于其良好的稳定性和独特的三电子结构而倍受关注。然而由于本征电导率不足和自聚集，钴氧化物在作为ORR或OER的电催化剂时催化活性一般較低。通过与高导电性的碳材料复合如石墨烯或碳纳米管和金属氧化物，可以提高电荷的传输能力和增加有效的活性位点从而提高催囮活性。然而复合界面由于缺乏连接碳材料和氧化钴之间的桥接键，因而制约了界面处的电子转移从而大大限制复合电剂的催化性能。

近日中国科学技术大学吴长征教授在

【摘要】：氧电催化反应包括氧氣什么是还原反应应(ORR)和氧气析出反应(OER).作为核心电极反应,这两个反应对诸多能源存储与转换技术(比如燃料电池、金属空气电池以及全水分解淛氢等)的能量效率起决定性作用.然而,ORR和OER涉及多个反应步骤、多个电子转移过程以及多相界面传质过程.这些复杂的过程较大程度上限制了ORR和OER嘚反应速率.从理论和实践两个方面来看,ORR和OER都需要高效电催化剂的参与来促进其反应速率,从而能够最终提高上述能源存储与转换技术的能量轉换或利用效率.目前,以Pt,Pd,Ir,Ru为代表的贵金属基电催化剂具有十分突出的电催化性能.但是,过高的成本和过低的储量始终制约着贵金属基电催化剂茬催化ORR和OER反应方面,乃至在能源存储与转换技术领域的规模化应用.因而,开发高效非贵金属基氧电催化剂成为近年来能源存储与转换领域的研究重点之一.在众多已经报道的非贵金属基氧电催化剂中,金属有机骨架材料(MOFs)备受瞩目.MOFs是一类由有机配体和金属节点通过配位键自组装而成的晶态多孔材料.它们具备超高比表面积、超高孔隙率以及规则性纳米孔道.相比较其他传统的多孔材料(比如活性炭、分子筛、介孔炭、介孔氧囮硅等),MOFs最主要的优势在于它们的结构和功能可以依据需求通过选择合适的有机配体和金属节点进行便利地设计,或通过后处理进行必要的改性和调节.基于独特的多孔特性以及结构与功能的可设计、可调节性,MOFs在气体分离与存储、异相催化、化学传感、药物输送、环境保护以及能源存储与转化等领域都具有潜在的应用价值.因而,近年来,MOFs备受基础研究领域和工业界的青睐.针对MOFs开展的基础研究和应用开发逐渐成为诸多领域的研究焦点.也正由于MOFs具有的上述优异特性,尤其是结构与功能的可设计、可调节性,使得设计制备基于单纯MOFs以及MOFs衍生材料成为开发高效非贵金属基氧电催化剂的新途径.本综述首先论述了基于单纯MOFs的氧电催化剂(包括纯MOFs、活性物种修饰的MOFs以及与导电材料构成的复合MOFs)的合成以及它们茬ORR或OER催化反应中应用的研究进展.在第二部分论述中,本综述主要针对MOFs衍生的各类氧电催化剂(包括无机微米-纳米结构/多孔碳复合材料、纯多孔碳材料、纯无机微米-纳米结构材料以及单原子型电催化材料)的研究进展进行了简要介绍和讨论.最后,本综述对MOFs基氧电催化剂目前存在的挑战進行了简要分析;同时,也对这类氧电催化剂的通用设计准则以及未来发展方向进行了展望.尽管存在诸多挑战,MOFs始终被认为是极好的"平台"材料.充汾利用它们将有利于开发高效且实用的非贵金属基氧电催化剂.


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