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眾所周知，N摻雜的碳材料表現(xiàn)出良好的ORR電化學(xué)活性，對(duì)于新能源體系的開發(fā)具有重要意義。然而，這類材料的ORR活性位點(diǎn)卻不甚了然，不便于進(jìn)一步開發(fā)更高性能的催化劑。

有鑒于此，日本科學(xué)家Takahiro Kondo和Junji Nakamura等人設(shè)計(jì)了一種模型催化劑：一種全新的石墨材料（高度取向的熱解石墨HOPG），具有均勻的π結(jié)構(gòu)和精確控制摻雜的N物種。

圖1. 反應(yīng)機(jī)理

通過(guò)該模型催化劑，研究人員得出以下結(jié)論：

1）ORR活性由吡啶型N（pyridinic N）引起。

2）CO₂吸附表明吡啶型N產(chǎn)生Lewis堿位點(diǎn)。

3）N-摻雜的碳材料ORR活性位點(diǎn)是吡啶型N旁邊具有Lewis堿性的碳原子

表1. N-HOPG與N-Graphene的ORR活性對(duì)比

圖2. N-HOPG結(jié)構(gòu)與元素分析和ORR性能

圖3. N-HOPG催化活性

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Donghui Guo, Takahiro Kondo, Junji Nakamura et al. Active sites of nitrogen-doped carbon materials for oxygen reduction reaction clarified using model catalysts. Science, 2016, 351, 361-365.