研 究 背 景
在目前研究的非貴金屬催化劑中，含鈷物質(zhì)的碳基催化劑一般表現(xiàn)出雙功能催化活性（ORR和OER）。制備鈷基碳材料的前驅(qū)體有很多，其中2-甲基咪唑鈷鹽（ZIF-67）具有豐富的鈷和氮源、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制備ORR和OER催化劑。然而，ZIF-67通常需要高溫?zé)峤獠拍塬@得所需的催化劑，在這種情況下鈷原子會(huì)自發(fā)聚集形成大尺寸的鈷顆粒，導(dǎo)致電化學(xué)活性面積和活性位點(diǎn)減少。
在此，為了減少ZIF-67自身碳化引起的各種不利影響因素，我們選擇了三種不同的具有配位功能的有機(jī)化合物（抗壞血酸、檸檬酸和EDTA二鈉）來錨定和分散ZIF-67中Co離子，形貌和結(jié)構(gòu)表征表明，在熱處理過程中由配位有機(jī)物調(diào)節(jié)的 ZIF 中，其衍生產(chǎn)物中Co 的團(tuán)聚顯著減弱，這主要?dú)w功于配位有機(jī)物強(qiáng)大的過渡金屬配位能力。電化學(xué)性能測試進(jìn)一步表明，經(jīng)配位有機(jī)物修飾ZIF-67衍生的催化劑大大提高了其氧電催化活性。
文 章 簡 介
基于此，來自武漢理工大學(xué)的何大平教授和木士春教授合作，在國際知名期刊Applied Catalysis B: Environmental上發(fā)表題為“Size-controlled Engineering of Cobalt Metal Catalysts through A Coordination Effect for Oxygen Electrocatalysis”的研究性文章。該文章主要研究了具有配位效應(yīng)的螯合劑對鈷基納米顆粒的尺寸以及氧電催化活性的影響。
圖1. （a）配位有機(jī)物調(diào)控的MOF衍生電催化劑的合成過程，（b） ZIF-67衍生的MOF-Co 的TEM 圖像， (c) 乙二胺四乙酸二鈉調(diào)節(jié)ZIF-67衍生的EA-MOF-Co 的 TEM 圖像
本 文 要 點(diǎn)
要點(diǎn)一：配位有機(jī)物對ZIF-67碳化產(chǎn)物中Co分布的影響
透射電子顯微鏡圖像和像差校正的高角暗場掃描透射電子顯微鏡(ACHAADF-STEM)圖像顯示，經(jīng)配位有機(jī)物調(diào)節(jié)ZIF-67所得碳化產(chǎn)物中的Co基納米顆粒具有更小的尺寸和更高的分散性；此外還有大量的Co呈原子級分散狀態(tài)；X射線光電子能譜表明，配位有機(jī)物調(diào)節(jié)ZIF-67所得碳化產(chǎn)物均具有更多的Co2+-Nx位點(diǎn)。
要點(diǎn)二：配位有機(jī)物對ZIF-67碳化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響
拉曼光譜和N2吸脫附測試結(jié)果表明經(jīng)配位有機(jī)物調(diào)節(jié)ZIF-67所得的碳化產(chǎn)物均具有更多的缺陷和更高的比表面積。
要點(diǎn)三：配位有機(jī)物對ZIF-67碳化產(chǎn)物氧電催化活性的影響
測試結(jié)果顯示，使用配位有機(jī)物調(diào)節(jié)ZIF-67碳化所得產(chǎn)物的ORR和OER活性均顯著提高，這歸功于具有高分散性且更小尺寸的鈷基納米粒子可以提供更多的電化學(xué)活性面積和活性位點(diǎn)，從而提高其電化學(xué)本征活性。
文 章 鏈 接
Size-controlled Engineering of Cobalt Metal Catalysts through A Coordination Effect for Oxygen Electrocatalysis
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092633732200707X
課 題 組 介 紹
何大平教授簡介：
武漢理工大學(xué)教授，英國皇家學(xué)會(huì)牛頓學(xué)者，湖北省楚天學(xué)子，湖北省青年英才。研究方向?yàn)榧{米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用，特別是新型石墨烯材料的合成與結(jié)構(gòu)調(diào)控、貴金屬納米材料的界面設(shè)計(jì)及貴金屬與石墨烯復(fù)合型材料在新能源設(shè)備、傳感器、射頻微波領(lǐng)域的應(yīng)用。目前已在Nat. Commun., J.Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等國際知名期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，申請國家發(fā)明專利19件。
木士春教授簡介：
武漢理工大學(xué)學(xué)科首席教授、博士生導(dǎo)師，主要從事質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵材料與核心器件、電化學(xué)產(chǎn)氫和碳納米材料等研究工作。作為第一作者及通訊作者已在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等國際權(quán)威期刊上發(fā)表250余篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文，以第一發(fā)明人申請國家發(fā)明專利近100件，其中授權(quán)70余件。