综述：介孔电催化剂在氧还原反应中的应用：从机理、表征到设计

　　这篇综述系统探讨了介孔结构设计对氧还原反应（ORR）电催化剂的性能优化作用，涵盖热力学/动力学机制分析、贵金属（Pt/Pd）-过渡金属-碳基材料的介孔结构设计策略，以及光谱表征技术（如X射线、振动光谱）对反应中间体的解析。重点总结了高比表面积（SSA）、快速传质通道和丰富三相活性位点对提升ORR活性（如半波电位E1/2 达0.95 V vs. RHE）的关键贡献，为锌-空气电池（ZABs）等清洁能源技术提供理论指导。

　　

介孔电催化剂在氧还原反应中的前沿进展

Abstract
氧还原反应（ORR）作为金属-空气电池等可持续能源技术的核心过程，其缓慢的本征动力学严重制约能量转换效率。介孔电催化剂凭借高比表面积（SSA）、丰富活性位点和快速传质特性成为突破瓶颈的关键。本文从热力学/动力学双视角解析ORR机制，系统评述贵金属、过渡金属、碳基及复合材料等介孔电催化剂的结构-活性关联，并展望光谱表征与数据标准化对未来设计的指导意义。

Introduction
化石能源枯竭与环境污染推动了对风能/太阳能等清洁能源存储技术的需求，而ORR作为锌-空气电池（ZABs）空气阴极的核心反应，其高过电位和缓慢动力学成为主要挑战。介孔设计通过平衡比表面积（如1246.35 m²
g^?1
）与传质效率（孔径2-50 nm），显著提升Pt等贵金属的原子利用率，同时促进非贵金属催化剂（如Fe-N-C材料）的活性逼近Pt基准（E_1/2
达0.95 V vs. RHE）。

Mechanisms of oxygen reduction reaction
ORR路径可分为两电子（生成H₂
O₂
）和四电子（直接生成H₂
O）路线，后者更受青睐但需克服更高能垒。介孔结构通过暴露高指数晶面（如Pt(110)）和调控d带中心（Pt-O键强度关键）优化中间体吸附能，使反应速率提升2-3个数量级。

Pure noble metal class
介孔Pt催化剂通过核壳结构（如Pt@Pd）和单原子设计（Pt-SA）将质量活性提升至7.26 mA cm^?2
，而介孔通道缓解了O₂
扩散限制。例如，三维有序介孔Pt（孔径~10 nm）在ZABs中实现380 mW cm^?2
的峰值功率密度。

Characterization insights on ORR
原位X射线吸收谱（XAS）揭示Pt^δ+
活性位点动态变化，而表面增强拉曼光谱（SERS）直接观测到关键中间体*OOH，验证了四电子路径优势。

Summary of representative mesoporous ORR electrocatalysts
过渡金属基催化剂（如Co₃
O₄
介孔球）通过金属-氮配位（M-N_x
）实现E_1/2
0.85 V，而碳基材料（如介孔石墨烯）借助杂原子掺杂（S/N共掺）将J_L
提升至6.5 mA cm^?2
。未来设计需兼顾机器学习辅助组分优化与标准化活性评价体系。