一、  研究背景

近年来，金属空气电池凭借着高能量密度和低成本等优势，在移动电源和大规模储能等领域具有广阔的应用前景。然而，金属空气电池阴极氧还原（ORR）与氧析出（OER）的反应动力学缓慢，严重阻碍其进一步的应用。贵金属 Pt、RuO₂等可以改善上述动力学问题，但贵金属昂贵的成本、较差的稳定性，迫使研究者寻找性能优异、成本低、来源丰富的替代材料。炭材料具有大比表面积、良好的导电性和可调的微观结构，被认为是推动金属空气电池实用化进程的关键阴极材料。然而，传统炭材料也面临高电位腐蚀及电催化性能不佳的难题。为此，研究者们提出通过碳结构设计与表面功能化的方法，解决碳基催化剂的不足。

全球每年的生物质资源产量可达数百亿吨，是一种极其丰富的可再生资源。 因此，通过简单的热处理方法，将生物质材料转化为高价值的生物炭材料具有重要的科学意义和实际应用价值。此外，生物体富含多种活性元素（N、P、S、Fe等）和含氧官能团，能够改善炭材料的导电性与电子结构；同时生物质材料具有独特的结构特征，成为多孔炭骨架制备的理想原料。

二、   工作简介

图 1  生物质炭材料合成策略及应用示意图

该综述首先回顾了金属空气电池阴极反应机理，并从机理角度阐述了阴极电催化性能的改善策略。随后，该综述介绍了生物质炭材料典型制备策略，包括高温热解、水热炭化和活化，并总结出对电催化性能的影响因素。另外，该综述从炭材料的微观结构角度（一维、二维和三维），深入分析了不同维度结构的炭材料的优势，同时重点讨论了微观结构和电催化性能之间的关系。最后，基于生物质炭材料与阴极电催化性能的研究现状，总结了高效阴极电催化材料研究方向，并对未来金属空气电池阴极材料面临的挑战与机遇进行了展望。

New Carbon Materials 文章信息

LU Li-lai, LI Qing-shan, SUN Yuan-na, KUANG Kun-bin, LI Zhi, WANG Tao, GAO Ying, WANG Jun-bo. Research progress on biomass carbon as the cathode of a metal-air battery. New Carbon Mater., 2023, 38(6): 1018-1034.

卢利来, 李青山, 孙元娜, 匡坤斌, 李植, 王涛, 高颖, 王俊勃. 生物质炭材料作为金属空气电池阴极的研究进展. 新型炭材料（中英文）, 2023, 38(6): 1018-1034.

原文链接：

http://xxtcl.sxicc.ac.cn/cn/article/doi/10.1016/S1872-5805(23)60784-X

期刊官网：

http://xxtcl.sxicc.ac.cn/

国际版主页：

https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials

  期刊公众号