Angew. Chem.：分子工程优化的3D自支撑电极用于中性氧气电还原

分子催化剂已被证明能够效地催化水分解产氢/产氧和氧气还原反应（HER/OER和ORR）。研究分子催化剂能够更好地促进理解反应机理和催化剂构效关系。虽然分子催化剂具有很好的电催化活性，但与固态材料催化剂相比，分子催化剂由于在电极上固定困难、催化活性不高—反应电流密度小、在均相体系中稳定性不足的缺点使其实在际应用方面存在很大的局限性。为了在未来的能量转换和存储技术中使用分子催化剂，需要将分子催化剂集成到电极材料上。考虑到非贵金属3D自支撑纳米阵列电极具有诸多优势：（1）能够在不同导电基底上原位生长纳米阵列材料，避免使用粘结剂；（2）垂直的纳米阵列能够极大提高电化学比表面积、暴露活性位点，利于电解质扩散和气体释放；（3）原位生长的纳米阵列有利于电子传输，可提高电极导电性，同时防止催化剂剥落，提高催化剂稳定性；（4）非贵金属能够大大降低催化剂成本，从而促进其商业化应用。因此，设计和开发分子优化的非贵金属纳米阵列材料至关重要。

近日，陕西师范大学的曹睿教授（点击查看介绍）团队，通过叠氮-炔环加成反应，将金属钴咔咯分子（1）集成在导电的Fe₃O₄纳米阵列上（1@Fe₃O₄ NR/TM）。这种电极是用钛网（TM）作为集流体，导电的Fe₃O₄纳米阵列原位生长在钛网上，钴咔咯分子接支在Fe₃O₄纳米阵列表面，形成一种由分子包裹的3D自支撑电极。

1@Fe₃O₄ NR/TM电极在0.1 M磷酸缓冲溶液中显示出很好的OER（η_10-mA/cm2 = 510 mV）和ORR（E_1/2= 0.57 V vs RHE）性质。更重要的是，其OER转化频率TOF = 0.11 s^-1（η = 510 mV）高于固体材料催化剂两个数量级，具有更高的原子利用率。此外，这种分子工程优化的3D自支撑电极还能应用于中性的锌-空气电池，显示出优异的催化活性和稳定性。

该工作不仅展示了一种制备分子工程优化的3D自支撑电极装配策略，而且还首次将分子电催化应用于金属-空气电池领域，证明了分子工程优化的电极在能量转换和存储方面具有广阔的应用前景。

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）：

Molecular Engineering of a 3D Self-Supported Electrode for Oxygen Electrocatalysis in Neutral Media

Lisi Xie, Xialiang Li, Bin Wang, Jia Meng, Haitao Lei, Wei Zhang, Rui Cao

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201911441

导师介绍

曹睿

https://www.x-mol.com/groups/cao_rui

（本稿件来自Wiley）