HER, ORR和OER是工業生產和清潔能源等領域的三大重要反應，尤其在水裂解制氫，燃料電池和金屬-空氣電池領域舉足輕重。這幾個反應都要用催化劑來提高其活性，目前用的較多的主要是金屬和金屬氧化物類催化劑，譬如Pt, Pd，Ir等等。
其問題在于：基于金屬的催化劑往往選擇性較低，穩定性較差，易于受反應氣氛毒化，并對環境有一定的影響；另外，其價格昂貴，儲量較少等問題也一直令人們對其可持續地大規模工業應用憂心忡忡！
2009年，戴黎明課題組開發了一種全新的碳納米管材料，具有超過商業Pt/C的高效ORR催化性能，正式開啟了低成本碳基非金屬催化劑的研究序幕！
近年來，研究人員相繼開發了大量的碳基非金屬催化劑，尤其是雜原子摻雜的CNT、石墨烯以及g-C3N4等材料，廣泛應用于金屬-空氣電池和太陽能電池的電極材料、可見光裂解水制氫氣和氧氣、CO2還原、工業催化等方面，在能源轉化、能源存儲、環境保護以及工業生產等領域大放異彩！
有鑒于此，Liu和Dai等人綜述了碳基非金屬催化劑的最新進展，現分享給大家，僅供參考！
圖1. 碳基非金屬催化劑大事記
表1. 代表性碳基非金屬催化劑匯總
圖2. 不同碳基非金屬催化劑設計原則
圖3. 碳基非金屬催化劑的典型應用（金屬-空氣電池的空氣電極；HER；染料敏化太陽能電池正極；可見光裂解水制氫氣和氧氣；CO2還原；工業催化）
圖4. 不同類型N摻雜碳材料及其ORR和CO2還原機理
首次報道非金屬催化劑ORR性能超過金屬催化劑（N摻雜的垂直排列的CNT陣列）
首次報道非金屬催化劑在酸性PEM中具有長期操作穩定性和可與最佳非貴金屬催化劑媲美的質量能量密度（N摻雜的石墨烯CNT）
首次報道非金屬催化劑具有與非貴金屬催化劑媲美的OER活性（N摻雜的碳材料）
首次報道OER和ORR雙功能非金屬催化劑用作高效Zn-Air電池與非貴金屬催化劑媲美的OER活性（N/P摻雜的泡沫碳）
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Xien Liu and Liming Dai. Carbon-based metal-free catalysts. Nature Reviews Materials 2016.
