全球不断增长的能源需求导致化石燃料的使用量增加。这反过来又会使化石燃料更快地减少，并对环境造成更大的破坏。因此，开发替代的、环保的能源，如燃料电池和电解槽具有重要意义。尽管人们在这一领域已经取得了重大进展，但由于需要贵金属催化剂，这些能源体系仍然规模化应用。
近日，美国新泽西州立大学Tewodros Asefa总结了近几年人们在杂原子掺杂的纳米结构碳电催化剂的合成及其在各种固定和便携式能源体系中作为不同反应的电催化剂的性能和潜在应用的研究进展。
文章要点
1）通常，杂原子掺杂剂是在碳材料的合成过程中或通过材料的后合成/功能化引入到碳材料中。此外，掺杂剂可以在整个结构内或仅在材料的表面内。尽管只在碳材料的表面掺杂杂原子就足以构建表面催化位并实现原子经济性，然而，其对调节材料的导电性和电子性质不会产生太大的促进作用。作者总结了掺杂杂原子的碳纳米材料的主要类型（碳量子点、纳米多孔碳、2D碳材料以及纳米线、纳米管和杂化材料）、合成策略以及它们的电催化性能（ORR, OER, HER, CO2RR, 和NRR）。
2）作者阐明了包括各种分析、理论和计算方法的重要性，以揭示此类材料中的组成、结构、掺杂剂和活性催化位置之间的关系。这些研究，加上实验研究，可以进一步指导创新的合成路线，高效的纳米结构碳电催化剂的实际，大规模的能源转换应用。
3）作者最后总结了为使这些可扩展材料在电催化反应中保持稳定性的同时具有最佳的电催化活性，并可以大规模应用在电化学系统中所需要解决的关键问题和挑战。
参考文献
Tewodros Asefa, et al, Nanostructured Carbon Electrocatalysts for Energy Conversions, Small 2021
DOI: 10.1002/smll.202007136
https://doi.org/10.1002/smll.202007136
