氧还原反应(ORR)是可再生能源转换和存储应用的重要电化学过程，如燃料电池和金属空气电池。ORR反应动力学缓慢，需要大量铂族金属(PGM)为基础的催化剂来促进其缓慢的反应速率。贵金属的应用增加了成本，降低了这些设备在市场上的竞争力。为了应对这一挑战，人们对无PGM的ORR催化剂进行了深入研究，以替代基于PGM的催化剂。特别是，生物质具有作为无PGM的ORR催化剂的前体材料的潜力。

有鉴于此，加拿大国立科学研究院孙书会教授和Gaixia Zhang等人，综述了近年来有关生物质衍生的ORR催化剂的最新进展，重点讨论了活性位点和多孔结构的合理设计，这两个因素是决定催化剂ORR性能的两个关键因素。最后，对生物质衍生催化剂的发展前景进行了展望。

本文要点

1）首先详细介绍了以需求为导向的生物质转化策略。通常生物质材料需要经过多个处理和转化步骤才可以形成有催化活性的催化剂。为了实现一定的功能性，生物质材料的选择、生物质转化步骤的应用均需要以电催化过程中的需求为导向，例如形成活性高的活性位、更多更快的物质传递通道等。

2）然后重点讨论了非贵金属ORR催化剂活性中心的理性设计，包括如何利用生物质构建两类重要的非贵金属催化剂活性中心、孔结构在非贵金属ORR催化剂理性设计中的重要性、以及如何利用生物质本身的多孔性以及人为造孔的方法实现传质能力的大幅度提升，从而提高非贵金属催化剂的综合催化活性。最后总结了生物质材料在非贵金属ORR催化剂中的应用，展望了未来生物质材料在此方面的研究方向，同时指出生物质材料在多个领域的巨大前景。

3）需要指出的是，生物质材料还可以用于其他领域，如析氧反应、析氢反应、氮还原反应，电池，和超级电容器等。

总之，进一步挖掘生物质在不同领域的潜在应用，有助于生物质废弃物真正转化为财富，促进可持续社会的建立。

参考文献：

Lei Du et al. Biomass‐derived nonprecious metal catalysts for oxygen reduction reaction: The demand‐oriented engineering of active sites and structures. Carbon Energy, 2020.

DOI: 10.1002/cey2.73

https://doi.org/10.1002/cey2.73