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电化学储能和转化技术被认为是开发高效清洁能源装置的理想途径。氧还原反应（Oxygen reduction reaction, ORR）和水氧化反应（Oxygen evolution reaction, OER）是金属-空气电池中重要的电催化反应。当前，将过渡金属纳米粒子包裹到石墨烯层中的M-N-C材料已发现对于ORR和OER都表现出较高的活性和稳定性。近年来，金属-有机骨架（Metal–organic frameworks, MOFs），特别是沸石咪唑骨架（Zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs），是获得M-N-C材料的重要前驱体。但是，高温直接碳化会导致氮含量和孔隙率下降，从而使活性位点大大减少，传质过程受到限制，进而严重影响材料的催化性能。因此，构筑具有大比表面积和多级孔道结构的M-N-C体系材料成为人们的研究热点。

近日，陕西师范大学的曹睿教授与郑浩铨副教授开发了一种简单而有效的策略来制备具有大比表面积和多级孔结构的Co-N-C材料，用于ORR/OER双功能的电催化。具体而言，他们通过一锅法将聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）封装在ZIF-67中，热解过程中仍保持在ZIF-67中，可以防止多孔结构坍塌。选择PVP主要基于以下两点：首先，PVP中的C=O基团与金属离子之间发生强配位作用，PVP可以被封装，因此PVP可以促进介孔结构形成。其次，PVP/ZIF纳米复合材料中可形成PVP衍生碳//ZIF衍生的碳界面结构。因此，PVP可以改变ZIF-67的热解行为，形成中孔/微孔Co-N-C材料，从而提高材料的比表面积。PVP的存在也会导致N含量的增加和界面结构的形成，从而进一步提高ORR和OER的电催化活性。

通过改变PVP的量，他们可以显著地改变ZIF前驱体材料的孔结构，煅烧后进而得到具有多级孔结构的Co-N-C材料。该方法能够显著地将材料的比表面积从Co-NC（不添加PVP）的244 m²•g^-1提高到P-Co-NC-4（加入PVP）的548 m²•g^-1，提高了2倍多。所得材料的电催化氧还原和产氧性能都得到了显著的提升。该方法为基于MOF前驱体制备多级孔结构材料提供了新的思路。

这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是陕西师范大学的梁作中博士，通讯作者是陕西师范大学的曹睿教授和郑浩铨副教授。

该论文作者为：Zuozhong Liang, Chaochao Zhang, Haitao Yuan, Wei Zhang, Haoquan Zheng and Rui Cao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

PVP-assisted transformation of a metal–organic framework into Co-embedded N-enriched meso/microporous carbon materials as bifunctional electrocatalysts

Chem. Commun., 2018, 54, 7519, DOI: 10.1039/c8cc02646g

导师介绍

曹睿

http://www.x-mol.com/university/faculty/12347

郑浩铨

http://www.x-mol.com/university/faculty/46699

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