研 究 背 景

在目前研究的非贵金属催化剂中，含钴物质的碳基催化剂一般表现出双功能催化活性（ORR和OER）。制备钴基碳材料的前驱体有很多，其中2-甲基咪唑钴盐（ZIF-67）具有丰富的钴和氮源、比表面积大等优点，被广泛应用于制备ORR和OER催化剂。然而，ZIF-67通常需要高温热解才能获得所需的催化剂，在这种情况下钴原子会自发聚集形成大尺寸的钴颗粒，导致电化学活性面积和活性位点减少。

在此，为了减少ZIF-67自身碳化引起的各种不利影响因素，我们选择了三种不同的具有配位功能的有机化合物（抗坏血酸、柠檬酸和EDTA二钠）来锚定和分散ZIF-67中Co离子，形貌和结构表征表明，在热处理过程中由配位有机物调节的 ZIF 中，其衍生产物中Co 的团聚显着减弱，这主要归功于配位有机物强大的过渡金属配位能力。电化学性能测试进一步表明，经配位有机物修饰ZIF-67衍生的催化剂大大提高了其氧电催化活性。

文 章 简 介

基于此，来自武汉理工大学的何大平教授和木士春教授合作，在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental上发表题为“Size-controlled Engineering of Cobalt Metal Catalysts through A Coordination Effect for Oxygen Electrocatalysis”的研究性文章。该文章主要研究了具有配位效应的螯合剂对钴基纳米颗粒的尺寸以及氧电催化活性的影响。

图1. （a）配位有机物调控的MOF衍生电催化剂的合成过程，（b） ZIF-67衍生的MOF-Co 的TEM 图像， (c) 乙二胺四乙酸二钠调节ZIF-67衍生的EA-MOF-Co 的 TEM 图像

本 文 要 点

要点一：配位有机物对ZIF-67碳化产物中Co分布的影响

透射电子显微镜图像和像差校正的高角暗场扫描透射电子显微镜(ACHAADF-STEM)图像显示，经配位有机物调节ZIF-67所得碳化产物中的Co基纳米颗粒具有更小的尺寸和更高的分散性；此外还有大量的Co呈原子级分散状态；X射线光电子能谱表明，配位有机物调节ZIF-67所得碳化产物均具有更多的Co²⁺-Nx位点。

要点二：配位有机物对ZIF-67碳化产物结构的影响

拉曼光谱和N₂吸脱附测试结果表明经配位有机物调节ZIF-67所得的碳化产物均具有更多的缺陷和更高的比表面积。

要点三：配位有机物对ZIF-67碳化产物氧电催化活性的影响

测试结果显示，使用配位有机物调节ZIF-67碳化所得产物的ORR和OER活性均显著提高，这归功于具有高分散性且更小尺寸的钴基纳米粒子可以提供更多的电化学活性面积和活性位点，从而提高其电化学本征活性。

文 章 链 接

Size-controlled Engineering of Cobalt Metal Catalysts through A Coordination Effect for Oxygen Electrocatalysis

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092633732200707X

课 题 组 介 绍

何大平教授简介：

武汉理工大学教授，英国皇家学会牛顿学者，湖北省楚天学子，湖北省青年英才。研究方向为纳米复合材料的制备与应用，特别是新型石墨烯材料的合成与结构调控、贵金属纳米材料的界面设计及贵金属与石墨烯复合型材料在新能源设备、传感器、射频微波领域的应用。目前已在Nat. Commun., J.Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际知名期刊上发表学术论文80余篇，申请国家发明专利19件。

木士春教授简介：

武汉理工大学学科首席教授、博士生导师，主要从事质子交换膜燃料电池关键材料与核心器件、电化学产氢和碳纳米材料等研究工作。作为第一作者及通讯作者已在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际权威期刊上发表250余篇高质量学术论文，以第一发明人申请国家发明专利近100件，其中授权70余件。