文献综述
摘要：金属-有机骨架( metal-organic frameworks，MOFs) 材料是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有多孔结构的特殊晶体材料。由于其种类的多样性、孔道的可调性和结构的易功能化，已在气体的吸附和分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出了诱人的应用前景。本文主要介绍了基于MOFs材料所制备的过渡金属-氮掺杂碳催化剂以及其氧还原性能。
关键词：金属有机骨架材料、电催化、氧还原反应
1 引言
随着全球化石燃料的消耗增加和由此带来的环境问题日益严重，能源和环境问题己经成为21世纪人们需要面对的两大主要难题。发展可再生和可持续能源转换技术，开发绿色无污染的可再生能源来替代化石能源是十分必要的，也是当今世界的热门课题[1]。燃料电池技术可以通过电化学的过程直接将燃料的化学能转化为电能，其转化效率不受热机卡诺循环限制，是一种清洁高效的能量转换方式。[2]燃料电池具有很多优点，例如能量转换效率高，功率密度高，环境友好，有害气体的排放少，噪音污染大幅降低；以及操作方便，可快速启动等。目前，研究方向中另一有前景电化学能源转化装置是金属－空气电池，利用金属与空气中的氧气的氧化还原反应提供电能。在各种金属空气电池中，锌－空气电池最有前景，由于它高达1086Wh/kg的理论能量密度[3]，低廉的价格和高的安全性能。目前，燃料电池和金属－空气电池还面临一系列科学和技术上的挑战，最主要的问题阴极氧还原反应是一个缓慢的动力学过程，因此后者是电池反应的决速步骤，往往需要较高的催化剂载量来提高实际的能量密度。目前，大量使用贵金属催化剂增加了燃料电池的使用成本，极大限制了他们的大规模的商业应用。目前，铂族催化剂在燃料电池中所占成本比例高达56%。[4]此外，贵金属还存在易被燃料中可能携带的痕量一氧化碳毒化和对甲醇敏感等问题。[5]因此，降低铂的使用量或用非贵金属材料完全替代贵金属是燃料电池的发展方向之一。金属-有机骨架材料(MOFs)的模块化、多孔性、多功能性、高表面积和结构可调性预示了其在可再生能源和清洁能源领域的应用[6]，被科学家们视为解决这一问题的一个潜在方案。
- 氧还原反应（ORR）
氧还原反应（ORR）作为燃料电池（Fuel cell）与金属-空气电池（Metal-air battery）的阴极发生的反应，其反应过程较复杂，会生成多种中间态含氧物种，如O2-、OH-、HO2-以及H2O2等。且在碱性、酸性或非水的质子惰性电解质中，ORR 过程都有很大的区别。
2.1 氧还原反应机理
Wroblowa 和Razumney对 ORR 历程给出了比较合理的解释，如表1所示[7]。根据反应产物,ORR 反应过程包括“高效率的四电子途径”或“较低效率的二电子过程”两种途径。从能量转化的角度考虑氧还原反应，“四电子途径”更高效，但更重要的是需要高活性的电催化剂与之相匹配。因此，优异的 ORR 电催化剂应该满足“四电子”转移途径。可以根据是否生成H2O2或HO2-来判断ORR反应的历程。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
