精细控制碳电催化剂的物理化学结构对于改善可充电锌-空气电池中缓慢的氧还原反应和析氧反应（OER）至关重要。共价有机骨架（COFs）被认为是良好的候选碳材料，其结构可以精确控制。然而，开发具有高ORR和OER催化活性的双功能COFs电催化剂仍然是一个挑战。

近日，韩国汉阳大学Jong-Ho Kim，Sang Uck Lee报道了在温和条件下，通过氰尿酰氯与2,6-二氨基吡啶的亲核取代反应，简易合成出具有精准活性位点和孔的吡啶-连接的三嗪COF（PTCOF）。然后通过掺入Co纳米颗粒（CoNP-PTCOF）来调节PTCOF的电子结构，以诱导对ORR和OER的双功能电催化活性。所得CONP-PTCOF在碱性条件下对ORR和OER均表现出优异的双功能电催化活性。

文章要点

1）实验数据和计算模拟表明，CoNP-PTCOF的p带中心通过电荷从Co NP向碳骨架的转移而下移，促进了氧中间体在ORR和OER过程中在活性中心上的吸附和脱附。另外，密度泛函理论（DFT）计算结果表明，CoNP-PTCOF上吡啶基的碳原子是OER和ORR电催化的催化活性中心。

2）利用用双功能CoNP-PTCOF组装的Zn-空气电池与商用Pt/C和RuO₂混合电池相比，具有更小的电压间隙和更好的耐久性，表现出优异的性能。

这种设计精准双功能COF电催化剂的活性中心并调节其电子结构的策略可以推广到用于构件能量储存和转换领域的其他碳基电催化剂。

参考文献

Jung Hyun Park, et al, Bifunctional Covalent Organic Framework-Derived Electrocatalysts with Modulated p-Band Centers for Rechargeable Zn–Air Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202101727

https://doi.org/10.1002/adfm.202101727