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Recent Advances in MOF‐Derived Single Atom Catalysts for Electrochemical Applications
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2020-08-13 , DOI: 10.1002/aenm.202001561 Zhongxin Song 1 , Lei Zhang 2 , Kieran Doyle‐Davis 2 , Xianzhu Fu 1 , Jing‐Li Luo 1 , Xueliang Sun 2
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2020-08-13 , DOI: 10.1002/aenm.202001561 Zhongxin Song 1 , Lei Zhang 2 , Kieran Doyle‐Davis 2 , Xianzhu Fu 1 , Jing‐Li Luo 1 , Xueliang Sun 2
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Electrocatalysis plays a critical role in clean energy conversion, enabling great improvement for future sustainable technologies. Single atom catalysts (SACs) derived from metal–organic framework (MOF) are emerging extraordinary materials in electrochemical catalytic applications. Covering the merits of unique electronic structure, low‐coordination environment, quantum size effect, and metal–support interaction, SACs promise enhanced electrocatalytic activity, stability, and selectivity in the field of clean energy conversion. In this article, MOF synthesis routes to afford well‐dispersed SACs along with the respective synthesis mechanism are systematically reviewed first, and typical examples of each strategy are carefully discussed. Then the characterization techniques in understanding the isolated and spatial distribution, local electronic structure, coordination environment for SACs, and insights into stable mechanisms provided by density functional theory (DFT) calculations are summarized. In addition, several important electrocatalytic applications and electrocatalytic mechanisms of the MOF‐derived SACs, including for the oxygen reduction reaction, CO2 reduction reaction, nitrogen reduction reaction, hydrogen evolution reaction, oxygen evolution reaction, etc., are highlighted. To facilitate the future development of high‐performing SACs, several technical challenges and corresponding research directions are proposed.
中文翻译：
MOF衍生的用于电化学应用的单原子催化剂的最新进展
电催化在清洁能源转化中起着至关重要的作用，可以极大地改善未来的可持续技术。源自金属有机骨架（MOF）的单原子催化剂（SAC）是电化学催化应用中新兴的非凡材料。SAC涵盖独特的电子结构，低配位环境，量子尺寸效应和金属与载体相互作用的优点，有望在清洁能源转换领域提高电催化活性，稳定性和选择性。在本文中，首先系统地综述了MOF合成路线以提供分散良好的SAC以及相应的合成机理，并仔细讨论了每种策略的典型实例。然后用表征技术了解孤立和空间分布，总结了局部电子结构，SAC的协调环境以及由密度泛函理论（DFT）计算提供的对稳定机制的见解。此外，MOF衍生的SAC的一些重要电催化应用和电催化机理，包括用于氧还原反应，CO着重说明了2种还原反应，氮还原反应，氢析出反应，氧析出反应等。为了促进高性能SAC的未来发展，提出了一些技术挑战和相应的研究方向。
更新日期：2020-10-13
中文翻译：
MOF衍生的用于电化学应用的单原子催化剂的最新进展
电催化在清洁能源转化中起着至关重要的作用，可以极大地改善未来的可持续技术。源自金属有机骨架（MOF）的单原子催化剂（SAC）是电化学催化应用中新兴的非凡材料。SAC涵盖独特的电子结构，低配位环境，量子尺寸效应和金属与载体相互作用的优点，有望在清洁能源转换领域提高电催化活性，稳定性和选择性。在本文中，首先系统地综述了MOF合成路线以提供分散良好的SAC以及相应的合成机理，并仔细讨论了每种策略的典型实例。然后用表征技术了解孤立和空间分布，总结了局部电子结构，SAC的协调环境以及由密度泛函理论（DFT）计算提供的对稳定机制的见解。此外，MOF衍生的SAC的一些重要电催化应用和电催化机理，包括用于氧还原反应，CO着重说明了2种还原反应，氮还原反应，氢析出反应，氧析出反应等。为了促进高性能SAC的未来发展，提出了一些技术挑战和相应的研究方向。
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