- 江南大學(xué)劉天西/張龍生《AM》：配位組裝-誘導(dǎo)交聯(lián)技術(shù)制備共軛配位聚合物氣凝膠催化劑
- 發(fā)布日期：2025-03-05
開(kāi)發(fā)兼具優(yōu)異催化性能與高效金屬利用效率的單原子催化劑（SAC）是當(dāng)前催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)高效催化，關(guān)鍵在于精準(zhǔn)調(diào)控SAC活性位點(diǎn)的配位微環(huán)境并確保其充分暴露于反應(yīng)物體系，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)仍面臨挑戰(zhàn)。本工作提出了誘導(dǎo)交聯(lián)-配位組裝技術(shù)制備共軛配位聚合物氣凝膠材料的新策略，其充分發(fā)揮了共軛配位聚合物材料和氣凝膠材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。一方面，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)金屬原子的種類和共軛有機(jī)配體的官能團(tuán)/共軛結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)共軛配位聚合物氣凝膠催化劑中金屬單原子活性位點(diǎn)配位結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控；另一方面，共軛配位聚合物氣凝膠催化劑具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，可充分暴露金屬單原子活性位點(diǎn)，并利用孔富集效應(yīng)來(lái)提高金屬單原子活性位點(diǎn)表面的局部反應(yīng)物濃度，從而實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的提升。該策略具有良好的普適性，可成功合成以鎳、銅，鋅等金屬單原子為活性中心的共軛配位聚合物氣凝膠，有望為開(kāi)發(fā)高性能的金屬單原子催化劑提供有益借鑒。
背景介紹
面對(duì)日益嚴(yán)峻的全球能源和環(huán)境挑戰(zhàn)，推進(jìn)可再生清潔能源的利用迫在眉睫。電催化技術(shù)用于高效轉(zhuǎn)換/儲(chǔ)存可再生清潔能源被認(rèn)為是最有前景的途徑之一。開(kāi)發(fā)低成本、高性能的電催化劑對(duì)加速催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)具有重要意義。金屬單原子催化劑，因其具有金屬原子利用率高、電子結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)可精準(zhǔn)設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在很多催化反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，具有巨大的應(yīng)用潛力。其中，作為一類金屬單原子催化劑，共軛配位聚合物的分子結(jié)構(gòu)可通過(guò)調(diào)節(jié)金屬和共軛配體種類進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以靈活改變其金屬活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)及其對(duì)催化反應(yīng)中間體的吸附/脫附行為，進(jìn)而對(duì)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生重要影響。然而，共軛配位聚合物材料容易發(fā)生團(tuán)聚，會(huì)嚴(yán)重降低其金屬活性位點(diǎn)的可及性，進(jìn)而降低其催化性能。
本文亮點(diǎn)
1. 本工作提出了誘導(dǎo)交聯(lián)-配位組裝技術(shù)制備共軛配位聚合物氣凝膠材料的新策略，其充分發(fā)揮了共軛配位聚合物材料和氣凝膠材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。
2. 使用高前驅(qū)體濃度策略可以很容易地制備具有高密度單原子金屬（13-15 wt%）（如Ni、Cu、Zn等）的CCPA催化劑，該策略可以同時(shí)允許CCP顆粒生長(zhǎng)和多孔氣凝膠形成。
3. 將Ni-CCPA應(yīng)用于堿性O(shè)ER，與非氣凝膠Ni-CCP相比，Ni-CCPA表現(xiàn)出更優(yōu)異的堿性O(shè)ER性能和更快的堿性O(shè)ER動(dòng)力學(xué)。
4. 本文結(jié)合一系列實(shí)驗(yàn)表征與理論模擬結(jié)果證明，與Ni-CCP相比，Ni-CCPA具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，可充分暴露金屬單原子活性位點(diǎn)，并利用孔富集效應(yīng)來(lái)提高金屬單原子活性位點(diǎn)表面的局部反應(yīng)物濃度，從而實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的提升。
論文DOI：10.1002/adma.202420565
