新聞網(wǎng)訊 燃料電池以其綠色高效,、環(huán)境友好,、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),在航空,、航天通訊,,交通等方面展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力,也成為未來能源可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向之一。氧還原反應(yīng)(ORR)是燃料電池和金屬-空氣電池陰極組成部分的核心反應(yīng),。目前,,具有高催化活性的碳基非金屬電催化劑(CMFE)被認(rèn)為是傳統(tǒng)貴金屬催化劑最有前途的替代品。一般而言,,純碳基電催化劑的性能源于活性位點(diǎn)電子環(huán)境的重新分布,。已有相關(guān)研究證明,雜原子摻雜,、缺陷誘導(dǎo)等引是活性位點(diǎn)電子環(huán)境再分布的有效策略,,但是傳統(tǒng)的熱解或雜原子摻雜方法通常會(huì)導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)不明確、催化活性位點(diǎn)不確定等問題,。
共價(jià)有機(jī)框架(COFs)是通過共價(jià)鍵連接的多孔有序且結(jié)構(gòu)明確的一類高分子材料體系,。這些模塊化結(jié)構(gòu)可將特定功能的構(gòu)建塊插入其骨架中,從而達(dá)到擴(kuò)展周期性結(jié)構(gòu),,調(diào)控光學(xué),、電子和催化性能的目的。在該類催化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,,科研工作人員經(jīng)常采用各種各樣的復(fù)雜分子來提高電催化活性,,因此,催化活性不僅受到雜原子的數(shù)量和位置的影響,,而且還受到其他因素的影響,,例如空間位阻、鍵合角和構(gòu)建塊的分子構(gòu)型等,,這些因素不利于準(zhǔn)確識(shí)別活性中心,。
基于以上科學(xué)問題,生物多糖纖維成形與生態(tài)紡織國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授龍曉靜采用價(jià)鍵策略定向設(shè)計(jì)并開發(fā)了一類非金屬共價(jià)有機(jī)框架氧還原催化劑,。眾所周知,,甲基只含有C和H元素,具有電化學(xué)惰性,,但是甲基的引入可改變分子的構(gòu)型和基本性質(zhì),,從而使神奇的甲基效應(yīng)在醫(yī)學(xué)、有機(jī)光電和納米結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域受到廣泛研究,。與傳統(tǒng)的雜原子摻雜非金屬碳基電催化劑的設(shè)計(jì)原理不同,,該工作僅通過調(diào)控甲基的鍵合狀態(tài),開發(fā)出高效的非金屬,、無碳化,、無雜原子摻雜的碳基催化材料體系。值得注意的是,,該工作通過電化學(xué)原位拉曼光譜并結(jié)合理論拉曼等大量理論結(jié)果證實(shí)了催化活性中心,。
相關(guān)研究成果以“Metal-Free carbon-Based covalent organic frameworks with heteroatom-Free units boost efficient oxygen reduction”為題,,在國際頂級(jí)化學(xué)期刊Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202209129)上發(fā)表。我校為唯一完成單位,,龍曉靜為獨(dú)立通訊作者,,2019級(jí)碩士研究生游志虎為文章第一作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目,、山東省泰山學(xué)者青年專家項(xiàng)目和山東省優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目的資助,。
論文信息:Metal-Free carbon-Based covalent organic frameworks with heteroatom-Free units boost efficient oxygen reduction.Zhihu You, Bingbing Wang, Zijie Zhao, Qiankun Zhang, Weichen Song, Chuanhui Zhang, Xiaojing Long*, Yanzhi Xia,https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209129
這項(xiàng)工作是龍曉靜近期在非對(duì)稱設(shè)計(jì)(Angew. Chem. Int. Ed.,2022, e202209583;Angew. Chem. Int. Ed.,2021, 60, 26483;Appl. Catal. B,2022, 304, 120908; Small2021, 2105524)和雜環(huán)化調(diào)控(Angew. Chem. Int. Ed.,2019, 58, 11369; J. Mater. Chem. A,2021, 9, 3322)之后取得的又一重要進(jìn)展,。