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Recent Advances and Prospects of Metal‐Based Catalysts for Oxygen Reduction Reaction
Energy Technology ( IF 3.6 ) Pub Date : 2019-12-01 , DOI: 10.1002/ente.201900984 Peng Lang 1 , Nannan Yuan 1 , Qianqian Jiang 1 , Yichi Zhang 1 , Jianguo Tang 1
Energy Technology ( IF 3.6 ) Pub Date : 2019-12-01 , DOI: 10.1002/ente.201900984 Peng Lang 1 , Nannan Yuan 1 , Qianqian Jiang 1 , Yichi Zhang 1 , Jianguo Tang 1
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Fuel cells, as one of the most promising technologies in sustainable energy conversion systems, hold great expectations for commercial applications. Cathode oxygen reduction reaction (ORR) kinetics of fuel cells are very slow and require a large overpotential to make the reaction occur, which greatly limits the energy output of fuel cells. Therefore, designing and preparing a highly active and stable ORR catalyst has become a great challenge. Herein, recent advances in platinum‐based and platinum‐free materials in metal‐based catalysts are focused on, including structural properties, synthesis methods, performance characterization, and catalytic mechanisms. Although platinum‐based precious metal catalysts have excellent performance, high prices limit the scale of commercial fuel cells. Nonprecious metal catalysts (e.g., transition metal nitrogen‐doped carbon‐based catalysts (M‐N/C), transition metal compounds (transition metal oxides—TMOs, transition metal carbides—TMCs, transition metal nitrides/transition metal oxynitrides—TMNs/TMNOs), layered double hydroxides—LDHs) completely eliminate dependence on precious metals and exhibit excellent ORR catalytic activity and stability. Finally, the ideas for future design and preparation of new ORR catalysts and challenges in the future of research work are discussed.
中文翻译：
金属基氧还原反应催化剂的最新进展与展望
燃料电池作为可持续能源转换系统中最有前途的技术之一，对商业应用寄予厚望。燃料电池的阴极氧还原反应（ORR）动力学非常缓慢，并且需要很大的超电势才能使反应发生，这极大地限制了燃料电池的能量输出。因此，设计和制备高活性和稳定的ORR催化剂已成为巨大的挑战。在此，重点关注金属基催化剂中铂基和无铂材料的最新进展，包括结构性质，合成方法，性能表征和催化机理。尽管铂基贵金属催化剂具有出色的性能，但高昂的价格限制了商业燃料电池的规模。非贵金属催化剂（例如，过渡金属氮掺杂碳基催化剂（M-N / C），过渡金属化合物（过渡金属氧化物-TMO，过渡金属碳化物-TMC，过渡金属氮化物/过渡金属氮氧化物-TMN / TMNO），层状双氢氧化物- LDHs）完全消除了对贵金属的依赖，并表现出出色的ORR催化活性和稳定性。最后，讨论了未来ORR催化剂的设计和制备思路以及未来研究工作中的挑战。
更新日期：2019-12-01
中文翻译：
金属基氧还原反应催化剂的最新进展与展望
燃料电池作为可持续能源转换系统中最有前途的技术之一，对商业应用寄予厚望。燃料电池的阴极氧还原反应（ORR）动力学非常缓慢，并且需要很大的超电势才能使反应发生，这极大地限制了燃料电池的能量输出。因此，设计和制备高活性和稳定的ORR催化剂已成为巨大的挑战。在此，重点关注金属基催化剂中铂基和无铂材料的最新进展，包括结构性质，合成方法，性能表征和催化机理。尽管铂基贵金属催化剂具有出色的性能，但高昂的价格限制了商业燃料电池的规模。非贵金属催化剂（例如，过渡金属氮掺杂碳基催化剂（M-N / C），过渡金属化合物（过渡金属氧化物-TMO，过渡金属碳化物-TMC，过渡金属氮化物/过渡金属氮氧化物-TMN / TMNO），层状双氢氧化物- LDHs）完全消除了对贵金属的依赖，并表现出出色的ORR催化活性和稳定性。最后，讨论了未来ORR催化剂的设计和制备思路以及未来研究工作中的挑战。
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