碳负载的过渡金属催化剂因其高活性和低成本而引起了人们对其用于催化氧还原反应（ORR）的浓厚兴趣。

近日，武汉理工大学麦立强教授报道了一种双金属分子筛咪唑骨架（BMZIF）衍生的锚定了石墨烯包裹的Co纳米晶（Co@C）和空间孤立的Co单原子(Co SA)的层次化氮掺杂的碳球（Co-NCS），用于高效电催化ORR。

文章要点

1）研究人员首先开发了一种简便的超声辅助策略，将BMZIF均匀固定在酚醛树脂微球上。后续热解后得到Co-NCS-x（x为Zn/Co比）。由于声空化引起的超高温度和压力，超声辅助方法促进了成核过程，从而大大缩短了合成时间，获得了比传统溶剂热法更小的粒径和更均匀的分布。此外，具有丰富官能团的树脂微球可以吸附Zn/Co离子，从而阻止BMZIF纳米晶在前驱体中的聚集，并在碳化后提供足够的结构支撑和高的导电性。同时，由BMZIF衍生的相互连接的多孔碳骨架可以促进电子传递，提供较大的比表面积，并提供丰富的暴露的活性中心。此外，Co SAs和Co@C的共存在ORR过程中起着至关重要的作用。

2）综合以上几个方面，Co-NCS-2表现出优异的ORR催化活性，半波电位高达0.90 V，优于商用Pt/C催化剂（0.84 V）。此外，基于Co-NCS-2的锌空气电池还表现出优异的长期稳定性和高功率密度。

这项研究为高效过渡金属-氮-碳(M-N-C)电催化剂的合理设计提供了指导。

参考文献

Changwei Shi, Yuheng Liu, Ruiyu Qi, Jiantao Li, Jiexin Zhu, Ruohan Yu, Shidong Li, Xufeng Hong, Jinsong Wu, Shibo Xi, Liang Zhou and Liqiang Mai, Hierarchical N-doped Carbon Spheres Anchored with Cobalt Nanocrystals and Single Atoms for Oxygen Reduction Reaction, Nano Energy, (2021)

DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106153

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106153