鈷基氮摻雜多孔碳纖維的設計及其氧還原性能研究

據materialsviewschina 報道：氧還原反應是金屬空氣電池和燃料電池等裝置中能量存儲和轉化的重要陰極反應過程。目前，Pt基電催化劑被廣泛認為是電化學電池反應中活性最高的氧還原反應電催化劑。然而，Pt基材料的地球儲存稀少、成本高、穩定性差
、甲醇交叉效應差和緩慢的反應動力學等缺點大大限製了其大規模的實際應用。因此，大量低成本、高效率的非貴金屬催化劑被廣泛研究。其中，金屬-有機框架材料（MOFs）近年來被廣泛用作製備功能納米結構的多孔碳基電催化劑的前驅體，尤其是Zn, Co-雙金屬沸石咪唑骨架（BMZIFs）被廣泛用於開發有效的鈷基多孔氮摻雜碳催化劑的前驅體。然而
，MOFs骨(gu)架(jia)在(zai)煆(duan)燒(shao)過(guo)程(cheng)中(zhong)通(tong)常(chang)容(rong)易(yi)塌(ta)陷(xian)和(he)聚(ju)集(ji)導(dao)致(zhi)催(cui)化(hua)劑(ji)中(zhong)的(de)孔(kong)結(jie)構(gou)減(jian)少(shao)，這(zhe)將(jiang)大(da)大(da)降(jiang)低(di)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)性(xing)能(neng)。因(yin)此(ci)
，借(jie)助(zhu)多(duo)種(zhong)新(xin)型(xing)基(ji)底(di)如(ru)層(ceng)狀(zhuang)雙(shuang)氫(qing)氧(yang)化(hua)物(wu)（LDHs）、石墨烯


、碳布等以實現熱解過程中有序堆疊和多孔結構的碳基材料的產生。但石墨烯的製備方法複雜且產率低
，而LDHs雖具有化學活性但不能提高材料的導電性。因此
，尋找合適的基底來有效避免MOF的高溫團聚問題進而製備高效氧還原催化劑是目前的研究熱點之一。

最近
，南京師範大學蘭亞乾教授課題組與東南大學王增梅課題組合作，以雙金屬有機框架（ZnxCo1-x-ZIF）為前驅體，聚丙烯腈(PAN)為原料
，通過靜電紡絲法和後期高溫煆燒直接得到了氮摻雜多孔碳纖維包覆的鈷納米粒子複合材料（Co@N-PCFs）。MOFjunyundifenbuzaijuhewuxianweizhong，juhewuxianweidegelikeyiyouxiaobimianzaigaowenduanshaoshijinshunamilizidetuanju
，qiejuhewuxianweizaigaowenduanshaohouzhuanbianchengduokongtanxianwei
，youxiaotigaolediancuihuajidehuoxinghewendingxing。ciwai，tongguotiaozhengZn/Co摩爾比（x值）和熱解溫度可以精確地控製所得熱解產物的石墨化程度、Co-Nx活性位點的含量
、氮摻雜碳含量和催化劑的孔隙率。因此，Co@N-PCF用作氧還原反應的電催化劑
，表現出與鉑基催化劑相近的催化性質，是目前已報道的氧還原性能最優異的非貴金屬催化劑之一。相關工作近日發表在Small Methods 上 (Small Methods, 2018, DOI: 10.1002/smtd.201800049）。