电催化氧气析出非贵金属催化剂的研究进展

陈金男，何小波，银凤翔，

（1北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029；2北京化工大学常州先进材料研究院，江苏常州 213164）

综述与专论

电催化氧气析出非贵金属催化剂的研究进展

陈金男1，何小波2，银凤翔1，2

（1北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029；2北京化工大学常州先进材料研究院，江苏常州 213164）

电催化氧气析出反应是金属-空气电池充电过程和电催化分解水阳极的关键反应，对提高能量储存和转换效率、高效利用可再生清洁能源、缓解能源危机和环境污染具有重要作用。文章首先简要介绍了电催化氧气析出反应基本过程，随后综述了近年来用于电催化氧气析出反应的非贵金属催化剂的研究进展，重点讨论了过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物以及碳材料等非贵金属催化剂的研发情况。对这些催化剂的合成、结构及氧气析出催化性能进行了详细分析，也对这些催化剂的发展方向进行了简单分析。文章最后认为，新合成技术、新催化材料的发展以及氧气析出催化反应机理的阐明对发展高性能电催化氧气析出非贵金属催化剂将会起到极大的推动作用。

氧气析出反应；催化剂；电化学；电催化；纳米材料

随着世界经济持续高速发展，能源消耗日益加剧，使得化石能源枯竭和环境污染等问题也逐渐加深。以传统高排放、高消耗、低产出的化石能源为主的能源消费结构已不适应我国日益增长的经济建设需要，也不符合我国现阶段的经济建设导向。开发可再生清洁能源能够有效缓解能源危机，减少大气污染物的排放，改善生态环境，从而实现人类社会可持续发展［1］。目前主要的可再生清洁能源有风能、太阳能、潮汐能、地热能、氢能等。但是这些可再生清洁能源的供应存在不稳定性、间歇性和地域性等问题，使得大量清洁能源不能有效地利用，造成资源浪费。将这些可再生清洁能源转化为电能储存下来供人类持续稳定地使用，是有效利用可再生清洁能源的重要途径。因而，开发能够高效利用这些可再生清洁能源的能量储存和转换技术对于解决当前能源短缺、环境污染等问题具有重要意义。

近年，许多先进的能量储存和转换技术及相关技术得到了迅猛发展，如金属-离子电池、金属-空气电池、电催化分解水以及燃料电池（包括一体式可再生燃料电池）等。这些能量储存和转换技术及相关技术能够有效实现化学能与电能的直接转换，对高效利用可再生清洁能源、缓解能源危机和环境污染发挥或将发挥重要作用。

金属-空气电池因其具有比能量高、充/放电压平稳、成本低、体积小和无污染等优点，被认为是极具发展前景的能源储存和转换技术［2］。但是，目前金属-空气电池商业化主要瓶颈之一是充电过电位较高、充电性能较差。主要原因是它的充电过程的核心反应——氧气析出反应（oxygen evolution reaction，OER）是动力学慢反应，存在较高的充电电压损失，导致低的充/放电性能及循环效率［3］。燃料电池具有比能量高、无污染等显著优点，也被认为是理想的下一代供电系统［4］。但是由于经济可行的原料——氧气和氢气的供应问题没有得到很好的解决，是导致燃料电池目前不能大规模商业化的主要因素之一。近年，在极小电压下，通过电催化将水直接分解为氧气和氢气［5］，为燃料电池持续提供氧气和氢气，被认为是解决燃料电池原料供应、通向商业化的最佳途径。电催化分解水的阳极反应就是动力学缓慢的OER，过电压高，产氧速率低，不能有效地为燃料电池提供原料氧，进而严重妨碍燃料电池的大规模商业化发展［6］。显然，这些先进的能源储存和转换技术以及相关技术都涉及了动力学缓慢的氧气析出反应，严重制约了它们的商业化发展。因此，深入研究OER反应，加快其反应进程，提高反应性能，对发展高效的能量储存和转换技术、有效利用可再生清洁能源和缓解环境污染具有重要的现实意义。

1　电催化氧气析出反应

电催化氧气析出反应是在电场和电催化剂的作用下，将水氧化产生分子氧的过程，是有效实现电化学能量储存和转换的关键过程之一。不同电解质中，电催化OER过程是不同的，总反应为式（1）、式（2）［7］。

OER在电极表面产生氧气的机理十分复杂，有关氧气析出的分析还不够透彻，目前尚无一致看法。通常认为［8］：在酸性电解质中，OER机理为（M代表金属元素）式（3）～式（5）。

在碱性电解质中，OER机理为式（6）～式（9）。

氧气析出涉及4个电子转移，金属—氧（M—O）键和氧—氧（O—O）键断裂与形成等过程动力学非常缓慢，在金属-空气电池的充电过程和电催化分解水的阳极反应中具有较高的过电位，同时也是能量消耗最高的过程［9］，是金属-空气电池和电催化分解水等能量储存及转换效率提高的巨大障碍。应用性能优异的 OER电催化剂可以有效降低电化学反应的过电位，减少能量消耗，从而提高能量储存和转化效率。研究表明，贵金属氧化物RuO2和IrO2等作为 OER电催化剂有很低的过电位和较高的稳定性，被认为是性能最好的OER电催化剂［10］。但是，贵金属氧化物催化剂资源较为稀缺而且价格过高，不利于大规模生产和商业化。因此，研发资源丰富、成本低廉的非贵金属催化剂来替代贵金属催化剂，对促进金属-空气电池和电催化分解水的商业化应用更具有实际应用价值。

2　非贵金属催化剂

近几年，在用于电催化OER反应的非贵金属催化剂方面做了大量的研究工作，也发展了一些低成本、高效的非贵金属催化剂，主要有：过渡金属氧化物，包括单一金属氧化物和混合金属氧化物；过渡金属氢氧化物；碳材料（主要指不含有金属且可直接作为OER电催化剂的碳材料），主要包括纳米结构碳材料和掺杂碳材料以及其他非贵金属催化剂。

2.1 过渡金属氧化物

过渡金属具有未成对电子和未充满轨道，可形成化学吸附键的空d电子轨道，并且过渡金属的吸附位置多样化，因此常用来制备电催化剂。在众多的过渡金属电催化剂中，钴基化合物已经被证明了是具有很强竞争力的OER电催化剂，这类电催化剂具有较好的催化活性和较高的稳定性，并且钴基化合物成本低且资源丰富。Co3O4具有典型的尖晶石结构，其中 CoⅡ位于四面体结构中，CoⅢ则占据八面体结构。由八面体钴原子和氧原子组成的 Co4O4立方烷表明 Co3O4具有成为 OER电催化剂的潜力［11］。研究表明，纳米结构Co3O4的OER活性与它的比表面积密切相关。ZHOU等［12］在250℃下煅烧多孔Co3O4纳米片得到了一种具有较大比表面积（160.9m2/g）和较小晶粒尺寸（约 3.0nm）的超薄多孔Co3O4纳米片。在1mol/L KOH电解液中进行电化学性能测试，结果表明该电催化剂在电流密度为1mA/cm2时的过电位仅为 258mV，塔菲尔斜率为71mV/dec，表现出优异的OER催化活性。SA等［13］制备的介孔Co3O4纳米材料（meso-Co3O4）在碱性电解质（0.1mol/L KOH）中具有很高的OER催化活性。10mA/cm2电流密度下的电位为1.640V（vs.RHE），过电位仅为 411mV，优于同样测试条件下Ir/C催化剂的OER催化活性。锰氧化物由于具有多种晶相结构和价态，也表现出了优异的 OER催化性能。SELVAKUMAR等［14］制备了3种不同形貌的α-MnO2纳米线、α-MnO2纳米管和α-MnO2纳米粒子。0.1mol/L KOH电解质中的电化学测试结果表明，α-MnO2纳米线的塔菲尔斜率为110mV/dec，低于α-MnO2纳米管的125mV/dec和α-MnO2纳米粒子的150mV/dec，并且α-MnO2纳米线具有最低的起始电位。YU等［15］将Mn3O4纳米八面体负载在泡沫镍上得到了Mn3O4/NF电催化剂。该电催化剂在1mol/L KOH电解质中表现出了优异的OER催化性能，它的起始电位仅为0.27V（vs.RHE），塔菲尔斜率为86mV/dec，并且在稳定性测试中也表现出了较高的稳定性。铁是地壳中含量第二高的金属元素，资源丰富且价格低廉。α-Fe2O3是赤铁矿的主要成分，也是最稳定的氧化铁和著名的n型间接带隙半导体，并具有环境友好、无毒耐热等优点，被广泛应用于锂-离子电池的阴极材料和气体传感器的半导体材料等领域［16］。清华大学SUN等［17］将α-Fe2O3负载在碳纳米管上制备的 α-Fe2O3/CNTs电催化剂表现出优异的氧气还原催化活性及较强的抗甲醇能力和较高的稳定性。虽然没有测试该电催化剂的OER催化性能，但是为今后研究铁及铁基化合物在OER中的应用做了有益探索。

除了单一金属氧化物，含两种及以上金属的混合金属氧化物，如尖晶石、钙钛矿和烧绿石等也具有良好的OER催化性能。尖晶石型金属氧化物的结构通式为AB2O4，其中A和B分别为不同的金属元素。在该结构的立方型晶胞中，32个氧负离子形成最紧密的立方堆积，同时形成 32个八面体空位及64个四面体空位，正常情况下，金属离子 A和 B分布填充在四面体空位和八面体空位中。XU等［18］用一步水热法制备了尖晶石CoFe2O4纳米空心球，并且表现出了优异的OER催化性能。在氮气饱和的0.1mol/L KOH电解质中进行电化学测试，结果表明CoFe2O4纳米空心球的起始电位仅为 1.40V（vs.RHE），在 1.96V（vs.RHE）电位下的电流密度高达33.9mA/cm2；稳定性测试表明，43200s后CoFe2O4纳米空心球在 1.76V电位下的电流密度仅衰减7.4%，远低于CoFe2O4纳米实心球的21.6%，稳定性较高。JIN等［19］用共沉淀法制备出一种具有较高比表面积的NiCo2O4尖晶石纳米线阵列。在氧气饱和的0.1mol/L KOH电解质中，该电催化剂的OER起始电位为 0.60V（vs.Ag/AgCl），比纯碳电极低0.12V。在0.8V电位下对OER进行稳定性测试，结果表明在45000s的测试时间内，该电催化剂的电流密度仅衰减4.8%。

DU等［20］将CoMn2O4纳米点均匀分散在石墨烯中制备出了OER催化活性良好的CoMn2O4/rGO催化剂。通过旋转圆盘电极（RDE）对其进行 OER催化活性测试，结果表明CoMn2O4/rGO在0.1mol/L KOH电解质中的起始电位仅为1.49V（vs.RHE），10mA/cm2电流密度下的电位为1.54V（vs.RHE）。特别是塔菲尔斜率为 56mV/dec，远低于 rGO的156mV/dec和Pt/C催化剂的280mV/dec。钙钛矿型金属氧化物（通式为 ABO3）属于立方晶型，金属离子A（A=La，Ca，Sr等）通常占据中心位置，周围有12个氧离子配位，A与O形成最密堆积。B（B=Co，Fe，Mn等）离子占据立方结构顶点的位置，周围配位6个氧离子，氧离子又属于8个共角的BO6八面体。钙钛矿的结构和组成具有调变性，部分A或者B位离子可以被其他金属离子取代，导致化合价发生变化，诱发产生空位形式的氧晶格缺陷，从而产生不同的催化功能。KIM等［21］将CaMnO3经过热处理得到一种缺氧型钙钛矿Ca2Mn2O5。在氧气饱和的 0.1mol/L KOH电解质中，Ca2Mn2O5的OER起始电位约为 1.50V（vs.RHE），远低于CaMnO3（约 1.60V vs.RHE），这一数值也很接近RuO2（约1.45V vs.RHE）和IrO2（约1.50V vs.RHE）。缺氧型钙钛矿 Ca2Mn2O5的 OER催化活性如此突出，为合成高性能OER催化剂提供了新的希望。烧绿石型金属氧化物的通式为A2B2O6O'（A=Bi，Pb，Nd等；B=Ru，Mn等），由BO6八面体和八配位的AO6O'结构单元组成。A2B2O6O'结构存在有序的氧空位，并且由金属氧八面体形成的笼可提供电子传输通道。OH等［22］在低温下通过化学氧化法制备了两种烧绿石Bi2［Ru1.53Bi0.47］O7-δ（Bi/Ru=1.61）和Pb2［Ru1.73Pb0.27］O6.5（Pb/Ru=1.31），这两种材料均表现出良好的OER催化性能。

2.2 过渡金属氢氧化物

大量研究表明，以过渡金属镍、钴、铁为基础的化合物具有较高的OER催化活性和稳定性。近年来，含有这些过渡金属的双金属或多金属氢氧化物成为研究热点之一［23］。SWIERK等［24］将 Fe3+引入NiOOH晶格中制备出不同Fe含量的FexNi1-xOOH催化剂。利用电化学阻抗谱和活化能的测定发现，纯NiOOH和纯FeOOH的OER催化活性明显低于FexNi1-xOOH催化剂。在1mol/L KOH电解质中，随着含铁量x的增加，催化剂的OER催化活性逐渐增加；含铁量为35%时，OER催化活性最高；当含铁量继续增加时，催化活性逐渐降低。另外，具有较高催化活性的FexNi1-xOOH催化剂的OER活化能十分接近IrO2催化剂的OER活化能。BURKE等［25］制备了Co1-xFex（OOH）催化剂，通过改变铁含量x研究催化剂在1mol/L KOH电解质中的OER催化性能。结合催化活性测试结果及结构表征，认为CoOOH在 Co1-xFex（OOH）催化剂中主要提高了 Fe的导电性、化学稳定性和比表面积，Fe则替代Co成为该电催化剂的主要活性中心。该研究成果给改进过渡金属氢氧化物的 OER催化性能提供了新的思路。

层状双氢氧化物（layered double hydroxides，LDHs）是一种具有较大比表面积、可根据特定功能来设计合成的层状材料。大部分 LDHs可用［MⅡ1-xMⅢx（OH）2］x+（An-）x/n·mH2O表示（MⅡ=Mg，Fe，Ni，Cu等；MⅢ=Fe，Co，Al，Ca等；An-=CO32-，NO3-，ClO4-）［26］。LDHs具有各种独特的物化性质，如主体元素多变性、易于可控生长、层间距可调等。将过渡金属引入 LDHs中能够制备出性能优异的OER催化剂。LU等［27］用水热法制备出的NiFe-LDH纳米片（NiFe-LDH NPs）在氧气饱和的 0.1mol/L KOH电解质中的OER起始电位为约为1.46V（vs.RHE），并且塔菲尔斜率（约为50mV/dec）低于Ir/C催化剂（约为60mV/dec），表现出优异的OER催化活性。JIANG等［28］用高压反应釜在180℃下反应24h制备出了 NiCo-LDH纳米片，在氧气饱和的0.1mol/L KOH电解质中表现出了优异的OER催化活性。NiCo-LDH纳米片在过电位为670mV时的电流密度高达 50mA/cm2，这一数值优于相同情况下的商用Pt/C催化剂和RuO2催化剂。

YANG等［29］直接在钴基纳米线阵列上制备出超薄分层的NiCoFe-LDH纳米片。在1mol/L KOH电解质中的OER性能测试表明，NiCoFe-LDH纳米片在80mA/cm2电流密度下的过电位为257mV，塔菲尔斜率为53mV/dec。在10h的稳定性测试中，NiCoFe-LDH纳米片催化剂的电流密度并未有明显的衰减。QIAO等［30］采用一步微波辅助法制备了多孔Zn-Co-LDH纳米片。Zn-Co-LDH纳米片具有较高的比表面积（116.4m2/g），在pH为13的KOH电解液中具有较低的过电位、较小的塔菲尔斜率及较大的交换电流密度，表现出优异的 OER催化活性。例如，在0.54V过电位下，Zn-Co-LDH纳米片的电流密度高达15.06mA/cm2。在1.55V（vs.RHE）电位下，反应进行10h后仍表现出良好的活性稳定性。优异的OER催化活性、较高的稳定性和较大的比表面积，使得过渡金属层状双氢氧化物成为一种具有较好应用前景的新型非贵金属催化剂。

2.3 碳材料

尽管过渡金属氧化物具有较好的 OER催化性能，但其导电性较差，限制了其性能的进一步提高。碳材料，如活性炭、Vulcan XC-72、Super P、碳纳米管及石墨烯等不仅资源丰富，而且具有导电性优异、比表面积高、抗腐蚀能力强、化学稳定性良好等优点，并且它们既可以作为电催化剂的载体，又具有一定的催化活性，是一种理想的电催化材料［31-32］。特别是最近，不少研究发现这些碳材料本身就具有较好的OER催化性能。因而，将碳材料直接作为 OER催化剂成为电化学领域的研究热点之一。碳纳米材料被认为是纳米材料的一个重要分支。按照维数可将碳纳米材料分为：零维，如富勒烯和纳米颗粒等；一维，如纳米线和纳米管等；二维，如石墨烯和纳米片等；三维，如纳米花和纳米球等［33］。碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs）是一种结构特殊的一维纳米材料，其主要是由一个或多个弯曲的单层石墨组成的无缝中空管状，层与层之间保持着固定距离。CHENG等［34］用纯CNTs制备了单壁和多壁的OER催化剂。实验结果表明，在碱性电解质中，CNTs的催化活性与碳纳米管的外径和壁数有关，并呈现火山形关系。外径为 2～5nm、碳纳米管壁数为2～7层的CNTs表现出优异的OER催化活性。例如，在1mol/L KOH电解质中，1.8V（vs.RHE）电位下，三壁碳纳米管的OER电流密度高达56mA/cm2，这一数值远高于单壁碳纳米管（SWNTs）的 5.9mA/cm2和多壁碳纳米管（MWNTs）的1.6mA/cm2。特别是在高极化电位下，这类碳纳米管的OER催化活性优于商用的质量分数20% Ru/C 和50% Pt/C催化剂，表现出优异的催化活性。

石墨烯是由单层 sp2杂化的碳原子组成的，它的晶格是由6个碳原子围成的六边形，具有完美的二维晶体结构，是一种新型的碳质纳米材料，也是构建其他纳米材料的结构基础［35-36］。石墨烯具有很好的导电性、热导性、可塑性及较大的比表面积（理论值达到 2630m2/g），在电化学材料和电催化剂领域有很大的发展潜能［37-38］。WU等［39］利用SiO2球为模板制备成了一种基于石墨烯的空心球结构催化剂，并用富电子的 Na-NH3来修饰石墨烯结构，使该电催化剂具有较理想的氧气还原起始电压和电流密度。特别是在氧气饱和0.1mol/L KOH电解质中，反应 25000s后-0.4V（vs.Ag/AgCl）下的电流密度仅衰减3%。石墨烯如此优异的氧气还原催化性能，为发展基于石墨烯的高性能 OER催化剂提供了很好的借鉴。将经过热处理后得到的石墨烯纳米片应用于锂-空气电池中，在0.5mA/cm2电流密度下、2～4.8V电压之间进行50个周期、每个周期充/放电各2h的恒电流循环充/放电测试，测试结果表明，第一个和第五十个周期的充电电位差仅为 0.16V，比未经热处理的石墨烯的充电电位差低 0.24V，说明经热处理后的石墨烯纳米片具有很好的 OER催化活性。而且，该催化剂在相同电流密度下具有与20% Pt/C（质量分数）很接近的放电电压和更加稳定的循环性能［40］。

最近研究表明，碳纳米材料（如碳纳米管、石墨烯等）掺杂氮元素，可以调节电子性质和表面极性，从而提高碳纳米材料的催化性能［41］。氮掺杂石墨烯因其独特的结构和电子转换性质受到了广泛关注［42］。北京化工大学YIN等［43］通过水热法对石墨烯进行了氮掺杂，冷冻干燥处理后得到具有疏松结构的氮掺杂石墨烯（NG）催化剂。在 0.1mol/L KOH电解质中进行电化学性能测试，结果表明NG在0.9V（vs.Ag/AgCl）电位下的 OER电流密度达到2.1mA/cm2，比同样情况下石墨烯的OER电流密度高1.9mA/cm2，并且高于商用的Pt/C催化剂，被认为是一种非常有前景的非贵金属催化剂。TIAN等［44］通过化学气相沉积法将掺氮石墨烯和单壁碳纳米管进行原位复合，制备出了 OER催化性能优异的NGSHs（N-doped graphene/single-walled CNT hybrids）电催化剂。在 0.1mol/L KOH中，NGSHs 在10mA/cm2下的电位为1.63V（vs.RHE），未掺杂N元素的 GSHs电催化剂在相同情况下的过电位比NGSHs高110mV，证明NGSHs具有优异OER催化活性，并且这种优异的OER催化活性主要归功于掺杂N元素。LI等［45］开发了一系列氮掺杂石墨烯纳米带。通过密度泛函数理论进行计算，结果表明OER活性位在氮原子附近的碳原子上，催化剂的最小理论过电位为0.405V。除了掺杂N元素，在碳纳米材料中掺杂与N元素同主族的P元素也可以提高缺陷位和边缘位，同时提高碳材料的催化性能，因为 P元素具有与 N元素相同的价态和相似的化学性质［46］。将掺杂P元素的石墨相氮化碳纳米花直接生长在碳纸上，制备成具有高催化活性和高稳定性的催化剂。深入研究发现，N、P的双重作用增强了催化剂的质量/电荷转移及活性比表面积。将该电催化剂直接作为空气电极用于锌-空气电池中，不仅电池充电电位较低，而且稳定性较好，电池寿命较长［47］。

2.4 其他非贵金属催化剂

除过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物和碳材料之外，也发展了一些其他类型的非贵金属 OER催化剂。过渡金属大环类化合物也是非贵金属催化剂研究的热点对象之一。早在1964年，JASINSKI［48］就发现酞菁钴（PcCo）这一大环化合物具有一定的催化活性。最近，SUN等［49］制备的Fe基酞菁（FePc）电催化剂可作为锂-氧气电池的催化剂。研究发现，这种电催化剂对锂-氧气电池充电过程很有效，说明具有很好的OER催化性能。将掺杂N元素的过渡金属负载到碳材料上所形成的电催化剂目前也得到广泛的研究。BEZERRA等［50］分析了100多篇关于经热处理后得到的Fe-N/C和Co-N/C催化剂的文献后发现，碳载体、氮源以及热处理条件与催化剂的催化活性和稳定性密切相关。另外，催化剂的金属负载量对催化活性和稳定性也起到了关键性的作用。但是经热处理后的Fe-N/C和Co-N/C催化剂的催化活性和稳定性为何提高的机理仍没有完全解释清楚。对于过渡金属是否为催化活性位以及确定催化活性位结构等问题，都是值得深入探讨的。目前，Fe-N/C和 Co-N/C这类催化剂主要用于金属-空气电池的氧气还原反应，其对于OER的催化性能还没有深入地研究。因此，这类催化剂在OER反应中有很大的发展空间和研发潜力。

3　结论与展望

本文主要介绍了近年发展的 OER非贵金属催化剂，重点讨论了过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、碳材料等电催化剂的研究进展。过渡金属氧化物催化剂具有良好的OER催化活性和稳定性，但这类氧化物纳米粒子在反应过程中较易团聚，且导电性较差，限制了过渡金属氧化物催化剂性能的进一步提高。过渡金属氢氧化物具有较大的比表面积，OER催化活性优异，特别是其在碱性条件下具有很好的稳定性。但是，过渡金属氢氧化物很难在酸性环境下稳定存在，限制了这类催化剂在酸性电解液中的应用。碳材料尽管具有良好的导电性，但其活性密度较低，单纯碳材料的OER催化性能难以满足实际应用的要求。

尽管这些非贵金属催化剂已经取得了不少的突破和进展，但是要满足金属-离子电池、金属-空气电池、电催化分解水以及燃料电池等能量储存和转换技术的大规模商业化应用的要求，仍有许多问题亟待解决。比如，催化剂的催化活性、稳定性和导电性等有待进一步提高；关于电催化氧气析出非贵金属催化剂的种类及相应的制备方法还不够丰富，对其热力学、动力学等方面的研究工作还不够深入，催化活性位仍不明确，对氧气析出反应的催化机理也缺乏清晰统一的认识。因此，研发这类非贵金属电催化剂仍具有较大的难度与挑战。

针对目前所存在的挑战与问题，未来电催化氧气析出非贵金属催化剂的研究可以将理论计算与实验相结合，明确活性位，了解其热力学、动力学过程，探究其氧气析出反应的催化机理。催化机理的阐明不但对催化剂的制备具有重要意义，而且可以为合成高性能的OER催化剂提供理论指导。深入研究催化剂的组成、结构等方面对催化活性的影响，通过改善催化剂的制备方法，优化实验条件，从而提高电催化氧气析出催化剂的催化活性和稳定性。另外，新合成技术、新催化材料的发展也将为合成高效的OER非贵金属催化剂提供新的契机。金属有机骨架（metal-organic frameworks，MOFs）又称作多孔配位聚合物，通常指金属离子或者金属簇与有机配体通过自组装过程形成的具有周期性无限网络结构的晶态材料。MOFs具有不同的拓扑结构、孔隙率高、孔结构可控、比表面积大、化学性质稳定等特点，是一种新型催化材料，特别是其结构和功能可根据电催化剂的需求进行直接设计合成。因此，MOFs将成为今后电催化OER非贵金属催化剂的研究热点之一。

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Recent progress in non-precious metal catalysts for electrocatalytic oxygen evolution reaction

CHEN Jinnan1，HE Xiaobo2，YIN Fengxiang1，2
（1State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China；2Changzhou Institute of Advanced Materials，Beijing University of Chemical Technology，Changzhou 213164，Jiangsu，China）

The electrocatalytic oxygen evolution reaction is the key reaction in metal-air battery and electrocatalytic water splitting.It plays an important role on improving energy storage and conversion efficiency，which can utilize efficiently renewable clean energies，thus relieving the energy crisis and environmental pollution.In this review，the basic process of the electrocatalytic oxygen evolution reaction was first briefly introduced.Then the recent developments of non-precious metal catalysts for the oxygen evolution reaction were reviewed.These non-precious metal catalysts mainly consist of transition metal oxides，transition metal hydroxides and carbon materials.Their synthesis，the structure and the electrocatalytic properties for the oxygen evolution reaction were analyzed in details，and their developing directions were also analyzed briefly.In the end，it is suggested that the development of new synthesis technology and new catalysis materials，as well as the clarification of the oxygen evolution reaction mechanism will play a great role on developing high-performance non-precious metal catalysts for the oxygen evolution reaction.

oxygen evolution reaction；catalyst；electrochemistry；electrocatalysis；nanomaterials

TQ 152

A

1000-6613（2016）09-2775-08

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.09.020

2015-12-17；修改稿日期：2016-03-02。

国家自然科学基金面上项目（21276018）及常州市应用基础研究计划项目（CJ20159006）。

陈金男（1991—），女，硕士研究生，从事能源催化研究。联系人：银凤翔，教授，主要从事能源与环境催化研究。E-mail yinfx@mail.buct.edu.cn。