Charge transfer of carbon nanomaterials for efficient metal‐free electrocatalysis

电催化剂 分子内力 合理设计 纳米技术 分子间力 材料科学 杂原子 碳纤维 纳米材料 化学 分子 电极 有机化学 电化学 物理化学 复合数 复合材料 戒指(化学)
作者
Rajib Paul,Qingfeng Zhai,Ajit K. Roy,Liming Dai
出处
期刊:Interdisciplinary materials [Wiley]
卷期号:1 (1): 28-50 被引量:103
标识
DOI:10.1002/idm2.12010
摘要

Abstract Recently, carbon‐based metal‐free electrocatalysts (C‐MFECs) have drawn considerable research attention because of their attractive physicochemical characteristics, cost‐effectiveness, and ability to convert and store energy efficiently. Efficient intramolecular charge transfer among different parts of the carbon electrocatalyst and/or intermolecular charge transfer between electrocatalyst and electrolyte dictate the ultimate energy conversion performance. Experimental results and theoretical analyses have demonstrated that rational design of metal‐free carbon nanomaterials, coupled with proper intramolecular charge transfer through heteroatom doping, incorporation of Stone–Wales defects, and/or intermolecular charge transfer through adsorption of appropriate molecules/moieties, can promote efficient electrocatalysis. In this article, we will first provide the related theoretical principles and then present an overview on the rational design and development of C‐MFECs for efficient charge transfer, followed by elucidating charge‐transfer processes for different electrocatalytic reactions related to renewable energy conversion and environmental remediation technologies. Finally, the current challenges and future perspectives in this exciting field will be discussed.
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