当前，全球能源危机的到来及环境污染问题的日益严重迫使人们越来越多地关注可持续能源的开发利用，包括可持续能源的储存与转化。燃料电池与金属-空气电池等是属于可持续能源利用技术的范畴，氧还原反应(ORR)是金属-空气电池、燃料电池实现电化学能量储存与转换的关键反应。通常需要昂贵的Pt基催化剂，但是Pt基金属的地壳储量极为有限，无法满足商业化使用。因而需要发展非贵金属ORR催化剂。
有鉴于此，南京理工大学单丹教授、王文举教授和张胜利教授等人，提出了一种以氨基三甲基膦酸（ATMP）作为偏磷酸钴配位聚合物螯合剂，在甲醇中一锅法合成新型ORR电催化剂前驱体的新策略。
本文要点
1）氨基三甲基膦酸(ATMP)是一种二价阳离子的强络合剂，具有良好的化学稳定性(熔点:200℃，沸点:746.2℃)，良好的螯合性，晶格畸变，以及低成本等优势。
首先使用ATMP作为螯合剂合成了可以用作替代前体的新型金属有机磷酸酯共聚物，然后对其进行煅烧以形成碳基高活性催化剂。前驱体在900℃、N2气氛下碳化，形成偏磷酸钴基复合材料Co(PO3)2/NC是可行的。在650℃下空气中热裂解4h，Co(PO3)2/NC最终可以转化为无机Co(PO3)2。
2）所制备的Co(PO3)2/NC纳米复合材料具有比Co(PO3)2更高的电催化活性，其起始电位(0.906 V vs. RHE)和扩散限制电流密度(5.062 mA cm-2)与市售的20 % Pt/C (0.916V, 5.200 mA cm-2)相近。这可以归因于N掺杂碳层与Co(PO3)2 NP之间的激发协同效应，有利于加速ORR。
3）基于先进的光谱技术和DFT计算，对于合成的高催化性能的Co(PO3)2/NC具有高催化特性，有三种可能的解释：（1）与CoO相比，P的引入可调节Co-O键和O-Co-O键的长度的，改善了结构稳定性；（2）氮掺杂碳层和Co(PO3)2 NP的激发协同作用有助于加速ORR；（3）Co(PO3)2基团是主要的活性位点，可以归因于其优异的质子转移特性，从而促进了ORR过程。
总之，该工作提出了一种有效的策略，以合理的设计和可扩展的方式制造具有成本效益，高活性和长期稳定性的Co(PO3)2，对于高性能ORR催化剂的设计开发具有重要的借鉴意义。
参考文献：
Lian-Hua Xuet al. ATMP derived Cobalt-metaphosphate Complex as Highly Active Catalyst for Oxygen Reduction Reaction. Journal of Catalysis, 2020.
DOI: 10.1016/j.jcat.2020.04.014
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.04.014
