OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用：99美元

投递稿件

查看量	下载量

相关文章
更多...

化学学报 2015

金属空气电池阴极氧还原催化剂研究进展

DOI: 10.6023/A14110787, PP. 316-325

王瀛,张丽敏,胡天军

Keywords: 金属空气电池,氧还原反应,催化剂,电解液,反应机理

Full-Text Cite this paper Add to My Lib

Abstract:

随着能源危机加剧和生态环境恶化,可持续发展能源受到更大的重视.金属空气电池作为一种绿色能源是具有很大发展潜力的新一代电池.与传统电池相比,此类电池有着更高的理论能量密度,尤其是锂空电池,能量密度可达3505Wh/kg,然而阴极缓慢的氧还原反应成为制约其发展的关键因素之一.在简要介绍氧还原反应机理基础上,着重介绍了近年来氧还原催化剂如贵金属及其合金、过渡金属氧化物/硫化物、功能化碳材料和金属氮化物的研究进展,并根据目前所存在问题指出未来研究方向,包括深入研究氧还原反应机理,明确催化剂活性位;研究催化剂结构等对催化活性的影响,优化制备条件,以提高催化活性和稳定性;根据氧还原机理设计开发新型氧还原催化剂.

References

[1]	Arora, P.; Zhang, Z. J. Chem. Rev. 2004, 104, 4419.
[2]	Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.-M. Nat. Mater. 2012, 11, 19.
[3]	Gu, D.-M.; Zhang, C.-M.; Gu, S.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Qiang, L.-S. Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2115. (顾大明, 张传明, 顾硕, 张音, 王余, 强亮生, 化学学报, 2012, 70, 2115.)
[4]	Gu, D.-M.; Wang, Y.; Gu, S.; Zhang, C.-M.; Yang, D.-D. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 1354. (顾大明, 王余, 顾硕, 张传明, 杨丹丹, 化学学报, 2013, 71, 1354.)
[5]	Jiang, J.; Liu, X.; Zhao, S.; He, P.; Zhou, H. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 417. (蒋颉, 刘晓飞, 赵世勇, 何平, 周豪慎, 化学学报, 2014, 72, 417.)
[6]	Cheng, F.; Chen, J. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 2172.
[7]	Cheng, F.; Chen, J. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 473. (程方益, 陈军, 化学学报, 2013, 71, 473.)
[8]	Wang, Z.; Xu, D.; Xu, J.; Zhang, X. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7746.
[9]	Spendelow, J. S.; Wieckowshi, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2654.
[10]	Zinola, C. F.; Arvia, A. J.; Estiu, G. L.; Castro, E. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7566.
[11]	Ogasawara, T.; Debart, A.; Holzapfel, M.; Novak, P.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1390.
[12]	Lu, Y.-C.; Gasteiger, H. A.; Yang, S.-H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19048.
[13]	Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Arenz, M.; Mayrhofer, K. J. J.; Lucas, C. A.; Wang, G.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2007, 6, 241.
[14]	Greeley, J.; Stephens, I. E. L.; Bondarenko, A. S.; Johansson, T. P.; Hansen, H. A.; Jaramillo, T. F.; Rossmeisl, J.; Chorkendorff, I.; N？rskov, J. K. Nat. Chem. 2009, 1, 552.
[15]	Yoo, S. J.; Kim, S. K.; Jeon, T. Y.; Hwang, S. J.; Lee, J. G.; Lee, S. C.; Lee, K. S.; Cho, Y. H.; Sung, Y. E.; Lim, T. H. Chem. Commun. 2011, 47, 11414.
[16]	Li, Y. C.; Xu, Z. C.; Gasteiger, H. A.; Chen, S.; Hamad-Schifferli, K.; Yang, S.-H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12170.
[17]	Meng, H.; Shen, P. K. Electrochem. Commun. 2006, 8, 588.
[18]	Lim, E. J.; Choi, S. M.; Seo, M. H.; Kim, Y.; Lee, S.; Kim, W. B. Electrochem. Commun. 2013, 28, 100.
[19]	Lim, D. H.; Lee, W. D.; Choi, D. H.; Lee, H. I. Appl. Catal. B 2010, 94, 85.
[20]	Maheswari, S.; Sridhar, P.; Pitchumani, S. Electrochem. Commun. 2013, 26, 97.
[21]	Sun, W.; Hsu, A.; Chen, R. J. Power Sources 2011, 196, 4491.
[22]	Kim, K. W.; Kim, S. M.; Choi, S.; Kim, J.; Lee, I. S. ACS Nano 2012, 6, 5122.
[23]	Choi, C. H.; Park, S. H.; Woo, S. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 6842.
[24]	Wang, Y.; Lu, X.; Liu, Y.; Deng, Y. Electrochem. Commum. 2013, 31, 108.
[25]	Thapa, A. K.; Shin, T. H.; Ida, S.; Sumanasekera, G. U.; Sunkara, M. K.; Ishihara, T. J. Power Sources 2012, 220, 211.
[26]	Lee, J.-S.; Lee, T.; Song, H.-K.; Cho, J.; Kim, B.-S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4148.
[27]	Lanqun, M.; Sotomura, T.; Nakatsu, K.; Koshiba, N.; Dun, Z.; Ohsaka, T. J. Electrochem. Soc. 2002, 149, A504.
[28]	Jin, Q.; Pei, L.; Hu, Y.; Du, J.; Han, X.; Cheng, F.; Chen, J. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 920. (靳琪, 裴龙凯, 胡宇翔, 杜婧, 韩晓鹏, 程方益, 陈军, 化学学报, 2014, 72, 920.)
[29]	Sun, W.; Hsu, A.; Chen, R. J. Power Sources 2011, 196, 627.
[30]	Zhang, L.; Zhang, X.; Wang, Z.; Xu, J.; Xu, D.; Wang, L. Chem. Commun. 2012, 48, 7598.
[31]	Xiao, W.; Wang, D.; Lou, X. W. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 1694.
[32]	Valim, R. B.; Santos, M. C.; Lanza, M. R. V.; Machado, S. A. S.; Lima, F. H. B.; Calegaro, M. L. Electrochim. Acta 2012, 85, 423.
[33]	Cao, Y. L.; Yang, H. X.; Ai, X. P.; Xiao, L. F. J. Electroanal. Chem. 2003, 557, 127.
[34]	Cheng, F.; Su, Y.; Liang, J.; Tao, Z.; Chen, J. Chem. Mater. 2010, 22, 898.
[35]	Zhang, T.; Cheng, F.; Du, J.; Hu, Y.; Chen, J. Adv. Energy Mater. 2014, 1400654.
[36]	Cheng, F.; Zhang, T.; Zhang, Y.; Du, J.; Han, X.; Chen, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 2474.
[37]	Li, J.; Wang, N.; Zhao, Y.; Ding, Y.; Guan, L. Electrochem. Commun. 2011, 13, 698.
[38]	Cao, Y.; Wei, Z.; He, J.; Zang, J.; Zhang, Q.; Zheng, M.; Dong, Q. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9765.
[39]	Qin, Y.; Lu, J.; Du, P.; Chen, Z.; Ren, Y.; Wu, T.; Miller, J. T.; Wen, J.; Miller, D. J.; Zhang, Z.; Amine, K. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 519.
[40]	Benbow, E. M.; Kelly, S. P.; Zhao, L.; Reutenauer, J. W.; Suib, S. L. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 22009.
[41]	Debart, A.; Paterson, A. J.; Bao, J.; Bruce, P. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 4521.
[42]	Guo, S.; Zhang, S.; Wu, L.; Sun, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 11770.
[43]	Liu, J.; Jiang, L.; Tang, Q.; Zhang, B.; Su, D. S.; Wang, S.; Sun, G. ChemSusChem 2012, 5, 2315.
[44]	Sa, Y. J.; Kwon, K.; Cheon, J. Y.; Kleitz, F.; Joo, S. H. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9992.
[45]	Liang, Y.; Li, Y.; Wang, H.; Zhou, J.; Wang, J.; Regier, T.; Dai, H. J. Nat. Mater. 2011, 10, 780.
[46]	Liang, Y.; Wang, H.; Diao, P.; Chang, W.; Hong, G.; Li, Y.; Gong, M.; Xie, L.; Zhou, J.; Wang, J.; Regier, T. Z.; Wei, F.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15849.
[47]	Black, R.; Lee, J.-H.; Adams, B.; Mims, C. A.; Nazar, L. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1.
[48]	Li, Q.; Xu, P.; Zhang, B.; Tsai, H.; Zheng, S.; Wu, G.; Wang, H.-L. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 13872.
[49]	Yan, X.-Y.; Tong, X.-L.; Zhang, Y.-F.; Han, X.-D.; Wang, Y.-Y.; Jin, G.-Q.; Qin, Y.; Guo, X.-Y. Chem. Commun. 2012, 48, 1892.
[50]	Ríos, E.; Reyes, H.; Ortiz, J.; Gautier, J. L. Electrochim. Acta 2005, 50, 2705.
[51]	Koninck, M. D.; Poirier, S. C.; Marsan, B. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A2103.
[52]	Nikolova, V.; Iliev, P.; Petrov, K.; Vitanov, T.; Zhecheva, E.; Stoyanova, R.; Valov, I.; Stoychev, D. J. Power Sources 2008, 185, 727.
[53]	Du, J.; Pan, Y.; Zhang, T.; Han, X.; Cheng, F.; Chen, J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 15812.
[54]	Cheng, F. Y.; Shen, J.; Peng, B.; Pan, Y. D.; Tao, Z. L.; Chen, J. Nat. Chem. 2010, 3, 79.
[55]	Liang, Y.; Wang, H.; Zhou, J.; Li, Y.; Wang, J.; Regier, T.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3517.
[56]	Wang, H.; Yang, Y.; Liang, Y.; Zheng, G.; Li, Y.; Cui, Y.; Dai, H. J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7931.
[57]	Bian, W.; Yang, Z.; Strasser, P.; Yang, R. J. Power Sources 2014, 250, 196.
[58]	Liu, Z.-Q.; Xu, Q.-Z.; Wang, J.-Y.; Li, N.; Guo, S.-H.; Su, Y.-Z.; Wang, H.-J.; Zhang, J.-H.; Chen, S. Int. J. Hydrogen Energy 2013, 38, 6657.
[59]	Zhu, H.; Zhang, S.; Huang, Y.-X.; Wu, L.; Sun, S. Nano Lett. 2013, 13, 2947.
[60]	Zhang, L.; Zhang, S.; Zhang, K.; Xu, G.; He, X.; Dong, S.; Liu, Z.; Huang, C.; Gu, L.; Cui, G. Chem. Commun. 2013, 49, 3540.
[61]	Yuasa, M.; Imamura, H.; Nishida, M.; Kida, T.; Shimanoe, K. Electrochem. Commun. 2012, 24, 50.
[62]	Horowitz, H. S.; Longo, J. M.; Lewandowski, J. T. Mater. Res. Bull. 1981, 16, 489.
[63]	Beyerlein, R. A.; Horowitz, H. S.; Longo, J. M. J. Solid State Chem. 1988, 72, 2.
[64]	Goodenough, J. B.; Manoharan, R.; Paranthaman, M. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 2076.
[65]	Oh, S. H.; Black, R.; Pomerantseva, E.; Lee, J.-H.; Nazar, L. F. Nat. Chem. 2012, 4, 1004.
[66]	Zhang, Z.; Wang, X.; Cui, G.; Zhang, A.; Zhou, X.; Xu H.; Gu, L.; Nanoscale 2014, 6, 3540.
[67]	Liu, Q.; Jin, J. T.; Zhang, J. Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 5002.
[68]	Wu, J.; Dou, S.; Shen, A.; Wang, X.; Ma, Z.; Ouyang, C.; Wang, S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 20990.
[69]	Yuan, X.; Xia, X.; Zeng, X.; Zhang, H.; Ma, Z. Prog. Chem. 2010, 22, 19. (原鲜霞, 夏小芸, 曾鑫, 张慧娟, 马紫峰, 化学进展, 2010, 22, 19.)
[70]	Oh, S. H.; Nazar, L. F. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 903.
[71]	Morozan, A.; Jousselme, B.; Palacin, S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1238.
[72]	Chen, Z. W.; Higgins, D.; Yu, A. P.; Zhang, L.; Zhang, J. J. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3167.
[73]	Liu, G.; Li, X.; Lee, J. W.; Popov, B. N. Catal. Sci. Technol. 2011, 1, 207.
[74]	Bezerra, C. W. B.; Zhang, L.; Lee, K.; Liu, H. S.; Marques, A. L. B.; Marques, E. P.; Wang, H. J.; Zhang, J. J. Electrochim. Acta 2008, 53, 4937.
[75]	Jaouen, F.; Proietti, E.; Lefèvre, M.; Chenitz, R.; Dodelet, J. P.; Wu, G.; Chung, H. T.; Johnston, C. M.; Zelanay, P. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 114.
[76]	Lefèvre, M.; Dodelet, J. P.; Bertrand, P. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16718.
[77]	Chen, R. R.; Li, H. X.; Chu, D.; Wang, G. F. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20689.
[78]	Kobayashi, M.; Niwa, H.; Harada, Y.; Horiba, K.; Oshima, M.; Ofuchi, H.; Terakura, K.; Ikeda, T.; Koshigoe, Y.; Ozaki, J. I.; Miyata, S.; Ueda, S.; Yamashita, Y.; Yoshikawa, H.; Kobayashi, K. J. Power Sources 2011, 196, 8346.
[79]	Easton, E. B.; Yang, R.; Bonakdarpour, A.; Dahn, J. R. Electrochem. Solid-State Lett. 2007, 10, B6.
[80]	Yang, R. Z.; Stevens, K.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2008, 155, B79.
[81]	Easton, E. B.; Bonakdarpour, A.; yang, R. Z.; Stevens, D. A.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2008, 155, B547.
[82]	Chen, Z.; Choi, J. Y.; Wang, H. J.; Li, H.; Chen, Z. W. J. Power Sources 2011, 196, 3673.
[83]	Von Deak, D.; Singh, D.; Biddinger, E. J.; King, J. C.; Bayram, B.; Miller, J. T.; Ozkan, U. S. J. Catal. 2012, 285, 145.
[84]	Lefèvre, M.; Proietti, E.; Jaouen, F.; Dodelet, J. P. Science 2009, 324, 71.
[85]	Choi, C. H.; Lim, H.-K.; Chung, M. W.; Park, J. C.; Shin, H.; Kim, H.; Woo, S. I. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9070.
[86]	Sunarso, J.; Torriero, A. A. J.; Zhou, W.; Howlett, P. C.; Forsyth, M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 5827.
[87]	Wang, Y.; Cui, X.; Li, Y.; Chen, L.; Shu, Z.; Chen, H.; Shi, J. Dalton Trans. 2013, 42, 9448.
[88]	Malavasi, L.; Fisher, C. A. J.; Islam, M. S. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4370.
[89]	Suntivich, J.; Gasteiger, H. A.; Yabuuchi, N.; Nakanishi, H.; Goodenough, J. B.; Yang, S.-H. Nat. Chem. 2011, 3, 546.
[90]	Yuasa, M.; Nishida, M.; Kida, T.; Yamazoe, N.; Shimanoe, K. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A605.
[91]	Yuasa, M.; Imamura, H.; Nishida, M.; Kida, T.; Shimanoe, K. Electrochem. Commun. 2012, 24, 50.
[92]	Takeguchi, T.; Yamanaka, T.; Takahashi, H.; Watanabe, H.; Kuroki, T.; Nakanishi, H.; Orikasa, Y.; Uchimoto, Y.; Takano, H.; Ohguri, N.; Matsuda, M.; Murota, T.; Uosaki, K.; Ueda, W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11125.
[93]	Yuasa, M.; Nishida, M.; Kida, T.; Yamazoe, N.; Shimanoe, K. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A605.
[94]	Zhang, Y.; Wang, C.; Wan, N.; Mao, Z. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 400.
[95]	Ohkuma, H.; Uechi, I.; Imanishi, N.; Hirano, A.; Takeda, Y.; Yamamoto, O. J. Power Sources 2013, 223, 319.
[96]	Prakash, J.; Tryk, D.; Yeager, E. J. Power Sources 1990, 29, 413.
[97]	Akazawa, T.; Inaguma, Y.; Katsumata, T.; Hiraki, K.; Takahashi, T. J. Cryst. Growth 2004, 271, 445.
[98]	Kramm, U. I.; Lefèvre, M.; Larouche, N.; Schmeisser, D.; Dodelet, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 978.
[99]	Choi, C. H.; Park, S. H.; Woo, S. I. Green Chem. 2011, 13, 406.
[100]	Bao, X. G.; Deak, D.; Biddinger, E. J.; Ozkan, U. S.; Hadad, C. M. Chem. Commun. 2010, 46, 8621.
[101]	Yang, L.; Jiang, S.; Zhao, Y.; Zhu, L.; Chen, S.; Wang, X.; Wu, Q.; Ma, J.; Ma, Y.; Hu, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7132.
[102]	Shui, J.-L.; Karan, N. K.; Balasubramanian, M.; Li, S.-Y.; Liu, D.-J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16654.
[103]	Chen, J.; Takanabe, K.; Ohnishi, R.; Lu, D.; Okada, S.; Hatasawa, H.; Morioka, H.; Antonietti, M.; Kubota, J.; Domen, K. Chem. Commun. 2010, 46, 7492.
[104]	Qi, J.; Jiang, L.; Jiang, Q.; Wang, S.; Sun, G. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 18159.
[105]	Zhang, K.; Zhang, L.; Chen, X.; He, X.; Wang, X.; Dong, S.; Han, P.; Zhang, C.; Wang, S.; Gu, L.; Cui, G. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 858.
[106]	Li, F.; Ohnishi, R.; Yamada, Y.; Kubota, J.; Domen, K.; Yamada, A.; Zhou, H. Chem. Commun. 2013, 49, 1175.

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133