基于新型金属-有机框架材料（MOFs）的双功能电催化剂及其在锌-空气电池和电解水中应用

近年来，化石能源短缺及其带来的环境污染已经成为全世界各国亟待解决的难题。在此背景下，燃料电池、金属-空气电池、电解水等清洁新能源技术越来越受到学术界和工业界的广泛关注。很多新能源技术都是基于两类电催化反应：氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）。不难看出，开发低成本、高活性、高稳定性的电催化剂对于新能源技术的发展与应用至关重要。铂炭、钌和铱催化剂目前被广泛应用于氧还原和氧析出反应，但是这些催化剂面临着储量稀少、价格昂贵、功能单一、不够稳定等致命缺陷。所以，发展具有氧还原、氧析出双功能的低成本电催化剂，并探索其应用和机理，已经成为很多新能源技术得以实际推广应用的核心问题。

为了促进电催化技术的进一步发展，南京大学郑和根（点击查看介绍）课题组与美国凯斯西储大学（Case Western Reverse University）的戴黎明（点击查看介绍）团队以及南京信息工程大学的张明道（点击查看介绍）课题组合作，采用新型手性金属-有机框架材料（MOFs）作为前驱体，开发了一系列具有多重活性中心和多级纳米结构的电催化剂。其中，C-MOF-C2-900具有优异的氧还原和氧析出性能，同等条件下与商业化铂、钌、铱等贵金属催化剂相当。

图1.（a）MOFs的螺旋结构图；（b）锌-空气电池的放电原理图；（c）点亮LED效果图；（d）充放电电压长效测试图。

基于C-MOF-C2-900的一次锌-空气电池放电电压高于Pt/C基电池，基于C-MOF-C2-900的二次可充放电锌-空气电池性能亦优于Pt/C+RuO₂；经过120小时、360次充放电循环后，电池性能没有衰减的迹象，具有非常高的稳定性。并且，上述锌-空气电池可有效驱动基于C-MOF-C2-900和Pt/C的电解水装置，展现了良好的应用前景。

该工作构建了一种具有多级纳米结构和多重活性中心的新型电催化体系，可为电催化、金属-空气电池、电解水等新能源领域的新材料及装置研究提供借鉴和指导，对实现燃料电池、金属-空气电池以及电解水的研究与推广具有重要意义。相关成果近期发表在Advanced Materials上，文章的第一作者是来自南京信息工程大学的张明道博士，主要从事新能源材料及电池装置的开发与应用。

此工作受到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家留学基金等项目的资助，并且得到了江苏省优势学科、省重点实验室和协同创新中心的支持。

该论文作者为：Mingdao Zhang, Quanbin Dai, Hegen Zheng,* Mindong Chen, and Liming Dai*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Novel MOF-Derived Co@N-C Bifunctional Catalysts for Highly Efficient Zn–Air Batteries and Water Splitting

Adv. Mater., 2018, 30, 1705431, DOI: 10.1002/adma.201705431

导师介绍

郑和根

http://www.x-mol.com/university/faculty/11586

戴黎明

http://www.x-mol.com/university/faculty/40464

张明道

http://www.x-mol.com/university/faculty/49761