过渡金属纳米粒子对电催化性能的尺寸效应仍然不明确,特别是在将尺寸减小到原子水平时。鉴于此,天津大学邓意达课题组通过调整预先设计的双金属Zn/Co沸石咪唑骨架(ZnCo-ZIFs)中的锌含量,实现了在原子尺度上将钴物种进行空间隔离,从而在N掺杂多孔碳上成功合成了纳米粒子、原子团簇和单原子的Co催化剂。
具体而言,通过精确调节ZIFs结构中的Zn/Co摩尔比,Co原子可以通过热解时引入的Zn原子在几何上分离为不同程度,对纳米颗粒具有最低的分离度(Zn:Co = 0:1),中等程度原子团簇(Zn:Co = 2:1)和单原子的最高程度(Zn:Co = 8:1)。
这种新颖的合成策略研究了尺寸对电化学行为的影响,从纳米到埃。电化学结果表明,与其他对应物和贵金属Pt / C+ RuO2相比,单一Co原子催化剂表现出优异的双功能ORR / OER活性,耐久性和Zn-空电池的可逆性,这归因于分离的单个Co原子的高反应性和稳定性。该结果为在多尺度水平上调节MOF衍生物的金属粒度和催化性能开辟了一条新的途径。
Xiaopeng Han, Xiaofei Ling, Ying Wang, Tianyi Ma, Cheng Zhong, Wenbin Hu, Yida Deng, Spatial Isolation of Zeolitic Imidazole Frameworks‐Derived Cobalt Catalysts: From Nanoparticle, Atomic Cluster to Single Atom. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI:10.1002/anie.201901109
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201901109