氧還原反應(ORR)是電化學能源轉化和存儲、腐蝕、化學工藝等領域最重要的反應。ORR反應在生物過程(呼吸生化鏈式反應等)中扮演主要角色,而且是微生物/酶燃料電池、微生物合成、海水脫鹽淡化和淨化、生物傳感等多種多樣的生物電化學器件/系統。來自各種不同背景的研究者集中到一起研究,嘗試在接近中性的條件進行結合生物過程的ORR反應。但是在中性附近的pH環境ORR反應機理非常複雜,其中包括生物學催化劑(生物系統以及衍生結構)和非生物學催化劑(無機材料/複合物)。有鑑於此,米蘭比可卡大學Deepak Pant 等綜述報道不同催化劑的相關ORR機理和路徑,並且討論各種ORR催化劑與生物電催化體系結合的實際操作可行性。此外,還分析實際應用過程中使用氧去極化策略導致的技術挑戰。要點1.首先作者討論ORR的機理與具體反應步驟,隨後對無機催化劑的ORR反應進行分析,並且着重討論了電子轉移機理與局限性。要點2.作者討論了基於電子轉移機理的酶催化ORR反應,並且總結了酶催化電化學反應的局限性,與其可能應用於酶-電化學系統。此外,作者總結了細菌電催化劑的ORR機理與相對應的電子轉移機理、催化反應的決速步驟、細菌的產生和生長、微生物-電化學體系的催化活性等問題。要點3.討論了各種見諸報道的電極結構,並且討論各種電極結構的優點和缺點。要點4.最後,對環境pH條件進行ORR的前景與未來發展趨勢進行展望。Santoro, C., Bollella, P., Erable, B. et al. Oxygen reduction reaction electrocatalysis in neutral media for bioelectrochemical systems. Nat Catal 5, 473–484 (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00787-2https://www.nature.com/articles/s41929-022-00787-2加微信群方式:添加編輯微信18065920782,備註:姓名-單位-研究方向(無備註請恕不通過),由編輯審核後邀請入群。原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
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