电催化纳米碳(EN)是一类受到广泛关注的材料，因为它有可能取代昂贵的金属基电催化剂，用于能源转换和化学生产。尽管有许多关于EN增强催化作用的报告，但与催化位点结构表征相关的实验挑战使得识别反应中心和理解其作用机制异常困难，其电催化活性的真实性质仍然难以捉摸。

有鉴于此，美国伊利诺伊大学芝加哥分校的Ksenija D. Glusac教授等人，综述了目前对电催化纳米碳的潜在催化过程的理解。首先介绍了EN对OER/ORR、CO₂RR等反应的催化增强的示例。然后，重点介绍光谱研究的见解和所使用的技术所面临的内在挑战。详细说明了化学选择性和原位实验在明确表征样品和中间产物方面的重要性和困难。

本文要点

1）电催化纳米碳（EN），被定义为任何形式的化学改性石墨纳米碳，已成为化学转化的优秀电极材料。近年来，大量的研究报告了EN在加速析氧反应（OER）、氧还原反应（ORR）、二氧化碳还原反应（CO₂RR）、氮还原反应（NRR）、析氢反应（HER）等方面的优异性能。虽然石墨纳米碳是化学惰性的，但EN的催化活性是通过缺陷和杂原子掺杂引入的，包括金属和非金属的。一般来说，缺陷是通过对现有的石墨碳进行热处理或辐射处理而诱发的，而掺杂原子是通过含杂原子的碳前体在高温下的反应（即热解）引入的。

2）尽管有许多关于EN增强催化作用的报告，但与催化位点结构表征相关的实验挑战使得识别反应中心和理解其作用机制异常困难。阻碍EN材料发展的主要挑战之一是固体多相电催化剂和分子催化剂之间的知识差距。通常用于石墨碳合成的热解温度的升高，在这种温度下，就会丧失对化学官能化的精确控制，使得机理研究变得困难。因此，具有良好化学结构的EN是进行简单的机理研究的理想平台。利用化学添加剂可以有效地降低石墨前驱体分解，并利用石墨碳上的外源官能团进行表面改性，这些都是值得探索的合成EN的策略。另外，进一步加强原位和非原位的光谱和微观方法来探测催化前、催化中和催化后的EN，将有助于机理研究。

总之，该工作有望促进合成方法和原位光谱工具的发展，以制造和研究明确的EN结构。

参考文献：

Erik J. Askins et al. Toward a mechanistic understanding of electrocatalytic nanocarbon. Nat Commun, 2021.

DOI: 10.1038/s41467-021-23486-1

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23486-1