电催化氧还原反应（ORR）是下一代电化学能量存储和转换技术（例如金属空气电池和燃料电池）的重要反应过程。在ORR过程中，O2*和O*中间体主要与质子结合，分别形成OOH*和OH*物种，这是质子耦合的电子转移过程。不幸的是，在碱性条件下，质子基本上是由缓慢的水解离过程产生的，这不可避免地限制了ORR动力学。
近日，德国德累斯顿工业大学冯新亮教授，西北工业大学Jian Zhang报道了以均匀分布的超细α-MoC纳米粒子（α-MoC/NHPC）为模型电催化剂，设计并合成了氮掺杂层状多孔碳。
文章要点
1）研究人员利用用氯化钠辅助热解Mo12/ZIF-8前驱体合成α-MoC/NHPC电催化剂。首先，通过Zn(NO3)2•6H2O（2.97 g）和2-甲基咪唑（3.28 g）在含有磷钼酸（Mo12，60 mg）的160 mL甲醇溶液中室温共沉淀24 h制备了Mo12/ZIF-8。然后，将得到的Mo12/ZIF-8（100 mg）与NaCl（35 mg）物理混合，然后在900℃氮气气氛下加热2 h。洗涤干燥后，得到α-MoC负载量为5.0 wt%的α-MoC/NHPC。
2）TEM图像显示，平均直径为3 nm的α-MoC纳米粒子均匀地修饰在NHPC上。HAADFSTEM和EDX元素图谱揭示了C，N和Mo元素在α-MoC/NHPC上的均匀分布。同时，纳米颗粒中Mo元素分布均匀。XRD分析进一步证实了α-MoC/NHPC的晶体结构。
3）理论研究表明，NHPC上的α-MoC能有效地降低水解离过程中产生质子的能垒，最终促进质子耦合的ORR动力学。
4）在0.1 M KOH水溶液中，α-MoC/NHPC表现出优异的储氢性能，半波电位高达0.88 V（vs.可逆氢电极），优于NHPC和商用Pt/C。此外，作为锌空气电池的空气电极，α-MoC/NHPC具有200.3 mW cm-2的高峰值功率密度和长期稳定性。
质子供给中心工程化策略为阐明ORR动力学和开发高性能ORR电催化剂开辟了一条新的途径。
G. Chen, T. Wang, P. Liu, Z. Liao, H. Zhong, G. Wang, P. Zhang, M. Yu, E. Zschech, M. Chen, J. Zhang and X. Feng, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/D0EE01613F
https://doi.org/10.1039/D0EE01613F
