Atomically Dispersed Metal-Nitrogen-Carbon Catalysts for Oxygen Reduction Reaction

doi:10.7503/cjcu20220028

Abstract

Abstract:

To further accelerate the large-scale development and application of proton exchange membrane fuel cell（PEMFC） energy conversion technology， improving the cost-effectiveness of the catalyst is a prerequisite. Currently， atomically dispersed metal-nitrogen-carbon（M-N-C） catalysts also take tremendous potential in terms of increased active site density， atomic utilization and catalytic activity compared to noble metal-based catalysts such as platinum-based catalysts， and are the most promising candidate of platinum-based catalysts. During the preparation of atomically dispersed M-N-C catalysts， the contribution of the uniform dispersion and the optimal structural system of all active sites are the challenge issues. On this basis， we focused on the preparation of various M-N-C catalysts with favorable atomic dispersion and the effect of chemical environment modulation of atoms in different catalysts on the catalytic sites. Herein， we provide an in-depth discussion on the synthesis and characterization of M-N-C catalysts， reaction mechanism， and density functional theory calculations， focusing on the regulation of the chemical environment of catalytic sites by bimetallic sites， atomic cluster structure and heteroatoms. Finally， the problems of the large-scale application of atomically dispersed M-N-C catalysts and the development directions for further optimization are presented.

Key words: Metal-N-C, Atomic dispersion, Dual-metal sites, Atomic cluster structure, Heteroatom

CLC Number:

O611

TrendMD:

XU Siran, YIN Hengbo, XUE Dongping, XIA Huicong, ZHAO Shuyan, YAN Wenfu, MU Shichun, ZHANG Jianan. Atomically Dispersed Metal-Nitrogen-Carbon Catalysts for Oxygen Reduction Reaction[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(5): 20220028.

Figures/Tables 11

References 145

1	Wang X. X.， Prabhakaran V.， He Y.， Shao Y.， Wu G.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1805126
2	Gasteiger H. A.， Markovic N. M.， Science， 2009， 324， 48—49
3	Chen M.， He Y.， Spendelow J. S.， Wu G.， ACS Energy Lett.， 2019， 4， 1619—1633
4	Tiwari J. N.， Kemp K. C.， Nath K.， Tiwari R. N.， Nam H. G.， Kim K. S.， ACS Nano， 2013， 7， 9223—9231
5	Debe M. K.， Nature， 2012， 486， 43—51
6	Freakley S. J.， He Q.， Harrhy J. H.， Lu L.， Crole D. A.， Morgan D. J.， Ntainjua E. N.， Edwards J. K.， Carley A. F.， Borisevich A. Y.， Kiely C. J.， Hutchings G. J.， Science， 2016， 351， 965—968
7	Perry S. C.， Pangotra D.， Vieira L.， Csepei L. I.， Sieber V.， Wang L.， de Leon C. P.， Walsh F. C.， Nat. Rev. Chem.， 2019， 3， 442—458
8	Siahrostami S.， Verdaguer⁃Casadevall A.， Karamad M.， Deiana D.， Malacrida P.， Wickman B.， Escudero⁃Escribano M.， Paoli E. A.， Frydendal R.， Hansen T. W.， Chorkendorff I.， Stephens I. E. L.， Rossmeisl J.， Nat. Mater.， 2013， 12， 1137—1143
9	Xia W.， Mahmood A.， Liang Z.， Zou R.， Guo S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55， 2650—2676
10	Chen Z.， Higgins D.， Yu A.， Zhang L.， Zhang J.， Energ. & Environ. Sci.， 2011， 4， 3167—3192
11	Jaouen F.， Proietti E.， Lefevre M.， Chenitz R.， Dodelet J. P.， Wu G.， Chung H. T.， Johnston C. M.， Zelenay P.， Energ. & Environ. Sci.， 2011， 4， 114—130
12	Zhang X.， Han X.， Jiang Z.， Xu J.， Chen L.， Xue Y.， Nie A.， Xie Z.， Kuang Q.， Zheng L.， Nano Energy， 2020， 71， 104547
13	Zhang X.， Zhang S.， Yang Y.， Wang L.， Mu Z.， Zhu H.， Zhu X.， Xing H.， Xia H.， Huang B.， Li J.， Guo S.， Wang E.， Adv. Mater.， 2020， 32， 1906905
14	Liu Y.， Tsunoyama H.， Akita T.， Xie S.， Tsukuda T.， ACS Catal.， 2011， 1， 2—6
15	Corma A.， Concepcion P.， Boronat M.， Sabater M. J.， Navas J.， Yacaman M. J.， Larios E.， Posadas A.， Arturo Lopez⁃Quintela M.， Buceta D.， Mendoza E.， Guilera G.， Mayoral A.， Nat. Chem.， 2013， 5， 775—781
16	Chen Y.， Ji S.， Chen C.， Peng Q.， Wang D.， Li Y.， Joule， 2018， 2， 1242—1264
17	Tiwari J. N.， Nath K.， Kumar S.， Tiwari R. N.， Kemp K. C.， Le N. H.， Youn D. H.， Lee J. S.， Kim K. S.， Nat. Commun.， 2013， 4， 2221
18	Yin W. J.， Liu X.， Qian H. D.， Zou Z. Q.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（7）， 1480—1487
	殷雯婧，刘啸，钱汇东，邹志青. 高等学校化学学报， 2019， 40（7）， 1480—1487
19	Zhang L.， Fischer J. M. T. A.， Jia Y.， Yan X.， Xu W.， Wang X.， Chen J.， Yang D.， Liu H.， Zhuang L.， Hanke M.， Searles D. J.， Huang K.， Feng S.， Brown C. L.， Yao X.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140， 10757—10763
20	Yang Z.， Wang Y.， Zhu M.， Li Z.， Chen W.， Wei W.， Yuan T.， Qu Y.， Xu Q.， Zhao C.， Wang X.， Li P.， Li Y.， Wu Y.， Li Y.， ACS Catal.， 2019， 9， 2158—2163
21	Tiwari J. N.， Mahesh K.， Le N. H.， Kemp K. C.， Timilsina R.， Tiwari R. N.， Kim K. S.， Carbon， 2013， 56， 173—182
22	Tiwari J. N.， Pan F. M.， Chen T. M.， Tiwari R. N.， Lin K. L.， J. Power Sources， 2010， 195， 729—735
23	Qiao B.， Wang A.， Yang X.， Allard L. F.， Jiang Z.， Cui Y.， Liu J.， Li J.， Zhang T.， Nat. Chem.， 2011， 3， 634—641
24	Lin L.， Zhou W.， Gao R.， Yao S.， Zhang X.， Xu W.， Zheng S.， Jiang Z.， Yu Q.， Li Y. W.， Shi C.， Wen X. D.， Ma D.， Nature， 2017， 544， 80—83
25	Tiwari J. N.， Tiwari R. N.， Chang Y. M.， Lin K. L.， ChemSusChem， 2010， 3， 460—466
26	Gao J.， Yang H. b.， Huang X.， Hung S. F.， Cai W.， Jia C.， Miao S.， Chen H. M.， Yang X.， Huang Y.， Zhang T.， Liu B.， Chem， 2020， 6， 658—674
27	Jia Y.， Yao X.， Chem， 2020， 6， 548—550
28	Park J.， Nabae Y.， Hayakawa T.， Kakimoto M. A.， ACS Catal.， 2014， 4， 3749—3754
29	Yan X. H.， Xu B. Q.， J. Mater. Chem. A， 2014， 2， 8617—8622
30	Dong K.， Liang J.， Wang Y.， Xu Z.， Liu Q.， Luo Y.， Li T.， Li L.， Shi X.， Asiri A. M.， Li Q.， Ma D.， Sun X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 10583—10587
31	Mavrikis S.， Göltz M.， Rosiwal S.， Wang L.， Ponce de León C.， ACS Appl. Energy Mater.， 2020， 3， 3169—3173
32	Xia Y.， Zhao X.， Xia C.， Wu Z. Y.， Zhu P.， Kim J. Y.， Bai X.， Gao G.， Hu Y.， Zhong J.， Liu Y.， Wang H.， Nat. Commun.， 2021， 12， 4225
33	Rawah B. S.， Li W.， Chinese J. Catal.， 2021， 42， 2296—2305
34	Liu C.， Li H.， Liu F.， Chen J.， Yu Z.， Yuan Z.， Wang C.， Zheng H.， Henkelman G.， Wei L.， Chen Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2020， 142， 21861—21871
35	Tang C.， Chen L.， Li H.， Li L.， Jiao Y.， Zheng Y.， Xu H.， Davey K.， Qiao S. Z.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143， 7819—7827
36	Gong H.， Wei Z.， Gong Z.， Liu J.， Ye G.， Yan M.， Dong J.， Allen C.， Liu J.， Huang K.， Liu R.， He G.， Zhao S.， Fei H.， Adv. Funct. Mater.， 2022， 32， 2106886
37	Liu M.， Wang L.， Zhao K.， Shi S.， Shao Q.， Zhang L.， Sun X.， Zhao Y.， Zhang J.， Energy Environ. Sci.， 2019， 12， 2890—2923
38	Wan X.， Liu X.， Li Y.， Yu R.， Zheng L.， Yan W.， Wang H.， Xu M.， Shui J.， Nat. Catal.， 2019， 2， 259—268
39	Zhang X.， Xue D.， Jiang S.， Xia H.， Yang Y.， Yan W.， Hu J.， Zhang J.， InfoMat， 2021， 1—30
40	Yi J. D.， Xu R.， Wu Q.， Zhang T.， Zang K. T.， Luo J.， Liang Y. L.， Huang Y. B.， Cao R.， ACS Energy Lett.， 2018， 3， 883—889
41	Wang X.， Chen Z.， Zhao X.， Yao T.， Chen W.， You R.， Zhao C.， Wu G.， Wang J.， Huang W.， Yang J.， Hong X.， Wei S.， Wu Y.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 1944—1948
42	Li J.， Zhang H.， Samarakoon W.， Shan W.， Cullen D. A.， Karakalos S.， Chen M.， Gu D.， More K. L.， Wang G.， Feng Z.， Wang Z.， Wu G.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 18971—18980
43	Venna S. R.， Jasinski J. B.， Carreon M. A.， J. Am. Chem. Soc.， 2010， 132， 18030—18033
44	Li Z.， Ge X.， Li C.， Dong S.， Tang R.， Wang C.， Zhang Z.， Yin L.， Small Methods， 2020， 4， 1900756
45	Yin H.， Yuan P.， Lu B. A.， Xia H.， Guo K.， Yang G.， Qu G.， Xue D.， Hu Y.， Cheng J.， Mu S.， Zhang J. N.， ACS Catal.， 2021， 11， 12754—12762
46	Luo E.， Zhang H.， Wang X.， Gao L.， Gong L.， Zhao T.， Jin Z.， Ge J.， Jiang Z.， Liu C.， Xing W.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 12469—12475
47	Li J.， Chen M.， Cullen D. A.， Hwang S.， Wang M.， Li B.， Liu K.， Karakalos S.， Lucero M.， Zhang H.， Lei C.， Xu H.， Sterbinsky G. E.， Feng Z.， Su D.， More K. L.， Wang G.， Wang Z.， Wu G.， Nat. Catal.， 2018， 1， 935—945
48	Guo L.， Hwang S.， Li B.， Yang F.， Wang M.， Chen M.， Yang X.， Karakalos S. G.， Cullen D. A.， Feng Z.， Wang G.， Wu G.， Xu H.， ACS Nano， 2021， 15， 6886—6899
49	Sun Y.， Silvioli L.， Sahraie N. R.， Ju W.， Li J.， Zitolo A.， Li S.， Bagger A.， Arnarson L.， Wang X.， Moeller T.， Bernsmeier D.， Rossmeisl J.， Jaouen F.， Strasser P.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141， 12372—12381
50	Fei H.， Dong J.， Feng Y.， Allen C. S.， Wan C.， Volosskiy B.， Li M.， Zhao Z.， Wang Y.， Sun H.， An P.， Chen W.， Guo Z.， Lee C.， Chen D.， Shakir I.， Liu M.， Hu T.， Li Y.， Kirkland A. I.， Duan X.， Huang Y.， Nat. Catal.， 2018， 1， 63—72
51	Gupta S.， Zhao S.， Ogoke O.， Lin Y.， Xu H.， Wu G.， ChemSusChem， 2017， 10， 774—785
52	Liu Y.， Chen F.， Ye W.， Zeng M.， Han N.， Zhao F.， Wang X.， Li Y.， Adv. Funct. Mater.， 2017， 27， 1606034
53	Lei C.， Chen H.， Cao J.， Yang J.， Qiu M.， Xia Y.， Yuan C.， Yang B.， Li Z.， Zhang X.， Lei L.， Abbott J.， Zhong Y.， Xia X.， Wu G.， He Q.， Hou Y.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8， 1801912
54	Wang Q.， Ji Y.， Lei Y.， Wang Y.， Wang Y.， Li Y.， Wang S.， ACS Energy Lett.， 2018， 3， 1183—1191
55	Liu X.， Wang L.， Yu P.， Tian C.， Sun F.， Ma J.， Li W.， Fu H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 16166—16170
56	Li J.， Chen S.， Yang N.， Deng M.， Ibraheem S.， Deng J.， Li J.， Li L.， Wei Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 7035—7039
57	Jiang Y.， Deng Y. P.， Liang R.， Fu J.， Luo D.， Liu G.， Li J.， Zhang Z.， Hu Y.， Chen Z.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9， 1900911
58	Zitolo A.， Goellner V.， Armel V.， Sougrati M. T.， Mineva T.， Stievano L.， Fonda E.， Jaouen F.， Nat. Mater.， 2015， 14， 937
59	Zhao L.， Zhang Y.， Huang L. B.， Liu X. Z.， Zhang Q. H.， He C.， Wu Z. Y.， Zhang L. J.， Wu J.， Yang W.， Gu L.， Hu J. S.， Wan L. J.， Nat. Commun.， 2019， 10， 1278
60	Mehmood A.， Pampel J.，Ali G.， Ha H. Y.， Ruiz⁃Zepeda F.， Fellinger T. P.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8， 1701771
61	Tang C.， Jiao Y.， Shi B.， Liu J. N.， Xie Z.， Chen X.， Zhang Q.， Qiao S. Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59， 9171—9176
62	Yan X.， Jia Y.， Yao X.， Chem. Soc. Rev.， 2018， 47， 7628—7658
63	Zong L.， Fan K.， Wu W.， Cui L.， Zhang L.， Johannessen B.， Qi D.， Yin H.， Wang Y.， Liu P.， Wang L.， Zhao H.， Adv. Funct. Mater.， 2021， 31， 2104864
64	Cheng W.， Yuan P.， Lv Z.， Guo Y.， Qiao Y.， Xue X.， Liu X.， Bai W.， Wang K.， Xu Q.， Zhang J.， Appl. Catal. B： Environ.， 2020， 260， 118198
65	Zhang L.， Fischer J. M. T. A.， Jia Y.， Yan X.， Xu W.， Wang X.， Chen J.， Yang D.， Liu H.， Zhuang L.， Hankel M.， Searles D. J.， Huang K.， Feng S.， Brown C. L.， Yao X.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140， 10757—10763
66	Tiwari J. N.， Sultan S.， Myung C. W.， Yoon T.， Li N.， Ha M.， Harzandi A. M.， Park H. J.， Kim D. Y.， Chandrasekaran S. S.， Lee W. G.， Vij V.， Kang H.， Shin T. J.， Shin H. S.， Lee G.， Lee Z.， Kim K. S.， Nat. Energy， 2018， 3， 773—782
67	Sultan S.， Tiwari J. N.， Singh A. N.， Zhumagali S.， Ha M.， Myung C. W.， Thangavel P.， Kim K. S.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9， 1900624
68	Tiwari J. N.， Harzandi A. M.， Ha M.， Sultan S.， Myung C. W.， Park H. J.， Kim D. Y.， Thangavel P.， Singh A. N.， Sharma P.， Chandrasekaran S. S.， Salehnia F.， Jang J. W.， Shin H. S.， Lee Z.， Kim K. S.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9， 1900931
69	Wang X.， Jia Y.， Mao X.， Liu D.， He W.， Li J.， Liu J.， Yan X.， Chen J.， Song L.， Du A.， Yao X.， Adv. Mater.， 2020， 32， 2000966
70	Sultan S.， Ha M.， Kim D. Y.， Tiwari J. N.， Myung C. W.， Meena A.， Shin T. J.， Chae K. H.， Kim K. S.， Nat. Commun.， 2019， 10， 5195
71	Li W.， Wang D.， Zhang Y.， Tao L.， Wang T.， Zou Y.， Wang Y.， Chen R.， Wang S.， Adv. Mater.， 2020， 32， 1907879
72	Wan X.， Liu X.， Li Y.， Yu R.， Zheng L.， Yan W.， Wang H.， Xu M.， Shui J.， Nat. Catal.， 2019， 2， 259—268
73	Yang J.， Liu W.， Xu M.， Liu X.， Qi H.， Zhang L.， Yang X.， Niu S.， Zhou D.， Liu Y.， Su Y.， Li J. F.， Tian Z. Q.， Zhou W.， Wang A.， Zhang T.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143， 14530—14539
74	Shen H.， Gracia⁃Espino E.， Ma J.， Tang H.， Mamat X.， Wagberg T.， Hu G.， Guo S.， Nano Energy， 2017， 35， 9—16
75	Zhang M.， Guan J.， Tu Y.， Chen S.， Wang Y.， Wang S.， Yu L.， Ma C.， Deng D.， Bao X.， Energy & Environ. Sci.， 2020， 13， 119—126
76	Tu Y.， Deng J.， Ma C.， Yu L.， Bao X.， Deng D.， Nano Energy， 2020， 72， 104700
77	Tu Y.， Li H.， Deng D.， Xiao J.， Cui X.， Ding D.， Chen M.， Sao X.， Nano Energy， 2016， 30， 877—884
78	Tu Y.， Ren P.， Deng D.， Bao X.， Nano Energy， 2018， 52， 494—500
79	Guo S.， Yuan P.， Zhang J.， Jin P.， Sun H.， Lei K.， Pang X.， Xu Q.， Cheng F.， Chem. Commun.， 2017， 53， 9862—9865
80	Deng J.， Ren P.， Deng D.， Bao X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54， 2100—2104
81	Pan Y.， Liu S.， Sun K.， Chen X.， Wang B.， Wu K.， Cao X.， Cheong W. C.， Shen R.， Han A.， Chen Z.， Zheng L.， Luo J.， Lin Y.， Liu Y.， Wang D.， Peng Q.， Zhang Q.， Chen C.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 8614—8618
82	Li Q.， Chen W.， Xiao H.， Gong Y.， Li Z.， Zheng L.， Zheng X.， Yan W.， Cheong W. C.， Shen R.， Fu N.， Gu L.， Zhuang Z.， Chen C.， Wang D.， Peng Q.， Li J.， Li Y.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1800588
83	Liu J.， Xu H.， Li H.， Song Y.， Wu J.， Gong Y.， Xu L.， Yuan S.， Li H.， Ajayan P. M.， Appl. Catal. B： Environ.， 2019， 243， 151—160
84	Wei W.， Shi X.， Gao P.， Wang S.， Hu W.， Zhao X.， Ni Y.， Xu X.， Xu Y.， Yan W.， Ji H.， Cao M.， Nano Energy， 2018， 52， 29—37
85	Wu J.， Zhou H.， Li Q.， Chen M.， Wan J.， Zhang N.， Xiong L.， Li S.， Xia B. Y.， Feng G.， Liu M.， Huang L.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9， 1900149
86	Fu X.， Zamani P.，Choi J. Y.， Hassan F. M.， Jiang G.， Higgins D. C.， Zhang Y.， Hoque M. A.， Chen Z.， Adv. Mater.， 2017， 29， 1604456
87	Afsahi F.， Kaliaguine S.， J. Mater. Chem. A， 2014， 2， 12270—12279
88	Miao Z.， Wang X.， Tsai M. C.， Jin Q.， Liang J.， Ma F.， Wang T.， Zheng S.， Hwang B. J.， Huang Y.， Guo S.， Li Q.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8， 1801912
89	Wang X. X.， Cullen D. A.， Pan Y. T.， Hwang S.， Wang M.， Feng Z.， Wang J.， Engelhard M. H.， Zhang H.， He Y.， Shao Y.， Su D.， More K. L.， Spendelow J. S.， Wu G.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1800588
90	Zhang H.， Chung H. T.， Cullen D. A.， Wagner S.， Kramm U. I.， More K. L.， Zelenay P.， Wu G.， Energy & Environ. Sci.， 2019， 12， 2548—2558
91	Xiao M.， Zhang H.， Chen Y.， Zhu J.， Gao L.， Jin Z.， Ge J.， Jiang Z.， Chen S.， Liu C.， Xing W.， Nano Energy， 2018， 46， 396—403
92	Liu Q.， Liu X.， Zheng L.， Shui J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 1204—1208
93	Wang X.， Zhang H.， Lin H.， Gupta S.， Wang C.， Tao Z.， Fu H.， Wang T.， Zheng J.， Wu G.， Li X.， Nano Energy， 2016， 25， 110—119
94	Wang Y.， Cheng W.， Yuan P.， Yang G.， Mu S.， Liang J.， Xia H.， Guo K.， Liu M.， Zhao S.， Qu G.， Lu B. A.， Hu Y.， Hu J.， Zhang J. N.， Adv. Sci.， 2021， 8， 2102915
95	Zhao S. N.， Li J. K.， Wang R.， Cai J.， Zang S. Q.， Adv. Mater.， 2022， 34， 2107291
96	Chen Z.， Niu H.， Ding J.， Liu H.， Chen P. H.， Lu Y. H.， Lu Y. R.， Zuo W.， Han L.， Guo Y.， Hung S. F.， Zhai Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 25404—25410
97	Yu L.， Li Y.， Ruan Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 25296—25301
98	Choi J. Y.， Yang L.， Kishimoto T.， Fu X.，Ye S.， Chen Z.， Banham D.， Energy & Environ. Sci.， 2017， 10， 296—305
99	Martinaiou I.， Shahraei A.， Grimm F.， Zhang H.， Wittich C.， Klement S.， Dolique S. J.， Kleebe H. J.， Stark R. W.， Kramm U. I.， Electrochim. Acta， 2017， 243， 183—196
100	Banham D.， Ye S.， Pei K.， Ozaki J. I.， Kishimoto T.， Imashiro Y.， J. Power Sources， 2015， 285， 334—348
101	Ma Q.， Jin H.， Zhu J.， Li Z.， Xu H.， Liu B.， Zhang Z.， Ma J.， Mu S.， Adv. Sci.， 2021， 8， 2102209
102	Yu P.， Wang L.， Sun F.， Xie Y.， Liu X.， Ma J.， Wang X.， Tian C.， Li J.， Fu H.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1901666
103	He Y.， Hwang S.， Cullen D. A.， Uddin M. A.， Langhorst L.， Li B.， Karakalos S.， Kropf A. J.， Wegener E. C.， Sokolowski J.， Chen M.， Myers D.， Su D.， More K. L.， Wang G.， Litster S.， Wu G.， Energy & Environ. Sci.， 2019， 12， 250—260
104	He Y.， Shi Q.， Shan W.， Li X.， Kropf A. J.， Wegener E. C.， Wright J.， Karakalos S.， Su D.， Cullen D. A.， Wang G.， Myers D. J.， Wu G.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 9516—9526
105	Yin P.， Yao T.， Wu Y.， Zheng L.， Lin Y.， Liu W.， Ju H.， Zhu J.， Hong X.， Deng Z.， Zhou G.， Wei S.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55， 10800—10805
106	Liu J.， Wan X.， Liu S.， Liu X.， Zheng L.， Yu R.， Shui J.， Adv. Mater.， 2021， 33， 2103600
107	Guo X.， Lin S.， Gu J.， Zhang S.， Chen Z.， Huang S.， ACS Catal.， 2019， 9， 11042—11054
108	Chung H. T.， Cullen D. A.， Higgins D.， Sneed B. T.， Holby E. F.， More K. L.， Zelenay P.， Science， 2017， 357， 479—483
109	Lu Z.， Wang B.， Hu Y.， Liu W.， Zhao Y.， Yang R.， Li Z.， Luo J.， Chi B.， Jiang Z.， Li M.， Mu S.， Liao S.， Zhang J.， Sun X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 2622—2626
110	Tong M.， Sun F.， Xie Y.， Wang Y.， Yang Y.， Tian C.， Wang L.， Fu H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 14005—14012
111	Kong F.， Si R.， Chen N.， Wang Q.， Li J.， Yin G.， Gu M.， Wang J.， Liu L. M.， Sun X.， Appl. Catal. B： Environ.， 2022， 301， 120782
112	Han X.， Ling X.， Wang Y.， Ma T.， Zhong C.， Hu W.， Deng Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58， 5359—5364
113	Zhang G.， Jia Y.， Zhang C.， Xiong X.， Sun K.， Chen R.， Chen W.， Kuang Y.， Zheng L.， Tang H.， Liu W.， Liu J.， Sun X.， Lin W. F.， Dai H.， Energy & Environ. Sci.， 2019， 12， 1317—1325
114	Li H.， Wen Y.， Jiang M.， Yao Y.， Zhou H.， Huang Z.， Li J.， Jiao S.， Kuang Y.， Luo S.， Adv. Funct. Mater.， 2021， 31， 2011289
115	Yang G.， Zhu J.， Yuan P.， Hu Y.， Qu G.， Lu B. A.， Xue X.， Yin H.， Cheng W.， Cheng J.， Xu W.， Li J.， Hu J.， Mu S.， Zhang J. N.， Nat. Commun.， 2021， 12， 1734
116	Kumar A.， Bui V. Q.， Lee J.， Wang L.， Jadhav A. R.， Liu X.， Shao X.， Liu Y.， Yu J.， Hwang Y.， Bui H. T. D.， Ajmal S.， Kim M. G.， Kim S. G.， Park G. S.， Kawazoe Y.， Lee H.， Nat. Commun.， 2021， 12， 6766
117	Sun H.， Tung C. W.， Qiu Y.， Zhang W.， Wang Q.， Li Z.， Tang J.， Chen H. C.， Wang C.， Chen H. M.， J. Am. Chem. Soc.， 2022， 144（3）， 1174—1186
118	Goellner V.， Baldizzone C.， Schuppert A.， Sougrati M. T.， Mayrhofer K.， Jaouen F.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2014， 16， 18454—18462
119	Liu M.， Lee J.， Yang T. C.， Zheng F.， Zhao J.， Yang C. M.， Lee L. Y. S.， Small Methods， 2021， 5， 2001165
120	Ao X.， Zhang W.， Li Z.， Li J. G.， Soule L.， Huang X.， Chiang W. H.， Chen H. M.， Wang C.， Liu M.， Zeng X. C.， ACS Nano， 2019， 13， 11853—11862
121	Shao Y.， Dodelet J. P.， Wu G.， Zelenay P.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1807615
122	Ye W.， Chen S.， Lin Y.， Yang L.， Chen S.， Zheng X.， Qi Z.， Wang C.， Long R.， Chen M.， Zhu J.， Gao P.， Song L.， Jiang J.， Xiong Y.， Chem， 2019， 5， 2865—2878
123	Zang W.， Kou Z.， Pennycook S. J.， Wang J.， Adv. Energy Mater.， 2020， 10， 2070037
124	Cheng N.， Stambula S.， Wang D.， Banis M. N.， Liu J.， Riese A.， Xiao B.， Li R.， Sham T. K.， Liu L. M.， Botton G. A.， Sun X.， Nat. Commun.， 2016， 7， 13638
125	Qiao Y.， Yuan P.， Hu Y.， Zhang J.， Mu S.， Zhou J.， Li H.， Xia H.， He J.， Xu Q.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1804504
126	Zhang J.， Zhao Y.， Chen C.， Huang Y. C.， Dong C. L.， Chen C. J.， Liu R. S.， Wang C.， Yan K.， Li Y.， Wang G.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141， 20118—20126
127	Guo Y.， Yuan P.， Zhang J.， Hu Y.， Amiinu I. S.， Wang X.， Zhou J.， Xia H.， Song Z.， Xu Q.， Mu S.， ACS Nano， 2018， 12， 1894—1901
128	Peng Y.， Lu B.， Chen S.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1801995
129	Ma J.， Zhong Y.， Zhang S. S.， Huang Y. J.， Zhang L. P.， Li Y. P.， Sun X. M.， Xia Z. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（2）， 624—632
	马骏，钟洋，张珊珊，黄仪珺，张利鹏，李亚平，孙晓明，夏振海. 高等学校化学学报， 2021， 42（2）， 624—632
130	Li X.， Yang X.， Liu L.， Zhao H.， Li Y.， Zhu H.， Chen Y.， Guo S.， Liu Y.， Tan Q.， Wu G.， ACS Catal.， 2021， 11， 7450—7459
131	Zhang J.， Zhang J.， He F.， Chen Y.， Zhu J.， Wang D.， Mu S.， Yang H. Y.， Nano⁃Micro Lett.， 2021， 13， 65
132	Wang Q.， Ye K.， Xu L.， Hu W.， Lei Y.， Zhang Y.， Chen Y.， Zhou K.， Jiang J.， Basset J. M.， Wang D.， Li Y.， Chem. Commun.， 2019， 55， 14801—14804
133	Feng X.， Bai Y.， Liu M.， Li Y.， Yang H.， Wang X.， Wu C.， Energ. & Environ. Sci.， 2021， 14， 2036—2089
134	Chang J.， Wang G.， Wang M.， Wang Q.， Li B.， Zhou H.， Zhu Y.， Zhang W.， Omer M.， Orlovskaya N.， Ma Q.， Gu M.， Feng Z.， Wang G.， Yang Y.， Nat. Energy， 2021， 6， 1144—1153
135	Chen P.， Zhou T.， Xing L.， Xu K.， Tong Y.， Xie H.， Zhang L.， Yan W.， Chu W.， Wu C.， Xie Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56， 610—614
136	Wang Y. M.， Meng Q. L.， Wang X.， Ge J. J.， Liu C. P.， Xing W.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（8）， 1843—1849
	王跃民，孟庆磊，王显，葛君杰，刘长鹏，邢巍. 高等学校化学学报， 2020， 41（8）， 1843—1849
137	Najam T.， Shah S. S. A.， Ding W.， Jiang J.， Jia L.， Yao W.， Li L.， Wei Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57， 15101—15106
138	Zhu X.， Tan X.， Wu K. H.， Haw S. C.， Pao C. W.， Su B. J.， Jiang J.， Smith S. C.， Chen J. M.， Amal R.， Lu X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60， 21911—21917
139	Shen H.， Gracia⁃Espino E.， Ma J.， Zang K.， Luo J.， Wang L.， Gao S.， Mamat X.， Hu G.， Wagberg T.， Guo S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56， 13800—13804
140	Zhang J.， Zhang M.， Zeng Y.， Chen J.， Qiu L.， Zhou H.， Sun C.， Yu Y.， Zhu C.， Zhu Z.， Small， 2019， 15， 1900307
141	Jin H.， Zhao X.， Liang L.， Ji P.， Liu B.， Hu C.， He D.， Mu S.， Small， 2021， 17， 2101001
142	Wei X.， Zheng D.， Zhao M.， Chen H.， Fan X.， Gao B.，Gu L.， Guo Y.， Qin J.， Wei J.， Zhao Y.， Zhang G.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59， 14639—14646
143	Ai X.， Zou X.， Chen H.， Su Y.， Feng X.， Li Q.， Liu Y.， Zhang Y.， Zou X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59， 3961—3965
144	Miao Z.， Wang X.， Zhao Z.， Zuo W.， Chen S.， Li Z.， He Y.， Liang J.， Ma F.， Wang H. L.， Lu G.， Huang Y.， Wu G.， Li Q.， Adv. Mater.， 2021， 33， 2006613
145	Wei C.， Rao R. R.， Peng J.， Huang B.， Stephens I. E. L.， Risch M.， Xu Z. J.， Shao⁃Horn Y.， Adv. Mater.， 2019， 31， 1806296

Catalyst	Synthesis strategy	Morphology	Electrolyte	E_1/2/V （vs. RHE）	Metal content（%）	Tafel slope/ （mV·dec^?1）	Ref.
FeSAs/PTF?600	Molecule anchoring strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L KOH	0.85	8.3 ^a	62	［40］
Fe?N₄ SAs/NPC	Molecule anchoring strategy	Porous carbon structure	0.1 mol/L KOH	0.885	1.96 ^a	91	［81］
Fe?ISA/SNC	Molecule anchoring strategy	3D porous sphere structure	0.1 mol/L KOH	0.896	0.947 ^a	44	［82］
Fe@N?CNT/HMCS	Molecule anchoring strategy	3D core?shell structure	0.1 mol/L KOH	0.833	—	76	［83］
FeTPP?rho?ZIF	Defect capture strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L KOH	0.895	—	—	［84］
SCoNCs	Spatial confinement strategy	2D Nanosheets structure	0.1 mol/L KOH	0.91	15.3 ^a	74	［85］
Fe?N?C?Phen?PANI	Defect capture strategy	3D porous graphene structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.79	—	—	［86］
PANI?Co?C	Molecule anchoring strategy	Carbon nanoshell structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.75	—	—	［87］
SA?Fe?N	Molecule anchoring strategy	Porous sheet structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.812	—	62	［88］
20Co?NC?1100	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.8	20 ^b	—	［89］
1.5Fe?ZIF	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.88	9.0 ^b	—	［90］
Co?N?C?10	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L HClO₄	0.79	—	50.7	［91］
Fe₂?Z8?C	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.871	3 ^a	—	［92］
C?Fe?Z8?Ar	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L HClO₄	0.82	4 ^a	70	［93］

Catalyst	Synthesis strategy	Morphology	Electrolyte	E_1/2/V （vs. RHE）	Metal content（%）	Tafel slope/ （mV·dec^?1）	Ref.
FeSAs/PTF?600	Molecule anchoring strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L KOH	0.85	8.3 ^a	62	［40］
Fe?N₄ SAs/NPC	Molecule anchoring strategy	Porous carbon structure	0.1 mol/L KOH	0.885	1.96 ^a	91	［81］
Fe?ISA/SNC	Molecule anchoring strategy	3D porous sphere structure	0.1 mol/L KOH	0.896	0.947 ^a	44	［82］
Fe@N?CNT/HMCS	Molecule anchoring strategy	3D core?shell structure	0.1 mol/L KOH	0.833	—	76	［83］
FeTPP?rho?ZIF	Defect capture strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L KOH	0.895	—	—	［84］
SCoNCs	Spatial confinement strategy	2D Nanosheets structure	0.1 mol/L KOH	0.91	15.3 ^a	74	［85］
Fe?N?C?Phen?PANI	Defect capture strategy	3D porous graphene structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.79	—	—	［86］
PANI?Co?C	Molecule anchoring strategy	Carbon nanoshell structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.75	—	—	［87］
SA?Fe?N	Molecule anchoring strategy	Porous sheet structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.812	—	62	［88］
20Co?NC?1100	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.8	20 ^b	—	［89］
1.5Fe?ZIF	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.88	9.0 ^b	—	［90］
Co?N?C?10	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L HClO₄	0.79	—	50.7	［91］
Fe₂?Z8?C	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.5 mol/L H₂SO₄	0.871	3 ^a	—	［92］
C?Fe?Z8?Ar	Spatial confinement strategy	3D porous skeleton structure	0.1 mol/L HClO₄	0.82	4 ^a	70	［93］

[1]	CHENG Qian, YANG Bolong, WU Wenyi, XIANG Zhonghua. S-doped Fe-N-C as Catalysts for Highly Reactive Oxygen Reduction Reactions [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220341.
[2]	WEI Chunhong, JIANG Qian, WANG Panpan, JIANG Chengfa, LIU Yuefeng. Atomic Scale Investigation of Pt Atoms/clusters Promoted Co-catalyzed Fischer-Tropsch Synthesis [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220074.
[3]	XIA Tian, WAN Jiawei, YU Ranbo. Progress of the Structure-property Correlation of Heteroatomic Coordination Structured Carbon-based Single-atom Electrocatalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(5): 20220162.
[4]	MA Jun, ZHONG Yang, ZHANG Shanshan, HUANG Yijun, ZHANG Lipeng, LI Yaping, SUN Xiaoming, XIA Zhenhai. Design and Theoretical Calculation of Heteroatoms Doped Graphdiyne Towards Efficiently Catalyzing Oxygen Reduction and Evolution Reactions [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 624.
[5]	DI Muxin, XIAO Guozheng, HUANG Peng, CAO Yihuan, ZHU Ying. Co/N Co-doped Carbon Nanotube/Graphene Composites as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(2): 343.
[6]	WANG Yun,BEN Teng. Preparation and Electrochemical Performance of Seaweed-based Heteroatom-containing Carbon Materials^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(12): 2627.
[7]	ZHU Jingran, LI Ke, YAN Yan, LI Xu, SONG Xiaowei. Co-templates Synthesis and Characterization of a New Two-dimensional Co-containing Aluminophosphate [C₄ $H 1 1$ N]_0.77[C₄ $H 1 2$ N]_0.23[C₃H₁₂N₂]₂[H₃O]₂[Co_0.23Al_5.77P₈ $O 3 4$ ]^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(6): 1130.
[8]	LI Shuang-Bao, DOU Zhi-Yu, HE Xing-Quan, CUI Li-Li, ZHANG Yu-Teng. Relationship Between Framework Distortion and Heteroatom-substitution in Aluminophosphate Molecular Sieves [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(2): 319.
[9]	CHEN Ting, YAN Hui-Juan, PAN Ge-Bo, WAN Li-Jun, WANG Qi-Qiang, WANG Mei-Xiang. Electrochemical STM Investigation on Self-assembled Structure of a Tetraazacalixarenetriazine Derivative on Au(111) Surface [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2008, 29(1): 113.
[10]	MA Shu-Jie, LI Lian-Sheng, SUN Fu-Ping, QIU Shi-Lun. Synthesis and Characterization of Zeolite Ti-Fe-ZSM-5 Containing Double Heteroatom [J]. Chem. J. Chinese Universities, 1997, 18(4): 504.
[11]	ZHANG Wen-Xiang, JIA Ming-Jun, ZHANG Chun-Lei, WU Tong-Hao, AO Xue-Ju. Selective Catalytic Reduction of Nitric Oxide by Propene over Heteroatom ZSM-5 Zeolites [J]. Chem. J. Chinese Universities, 1996, 17(11): 1773.
[12]	ZHANG Chun-Lei, WU Zhi-Yun, KAN Qiu-Bin, ZHANG Fu-Shun, ZHAO Zhong-Qing. Synthesis of Heteroatom-Containing Zeolites ZSM-5,ZSM-11 and ZSM-48 [J]. Chem. J. Chinese Universities, 1994, 15(10): 1433.
[13]	Jiang Dazhen, Xiao Fengshou, Liu Ziyang, Xu Ruren . Surface Acidic and Catalytic Properties of H(M=Al, Ga, Fe)ZSM-5 Zeolite [J]. Chem. J. Chinese Universities, 1988, 9(5): 475.