新型单原子钴基催化剂制备工艺高效提升ORR反应

据国外媒体报道：氮配位单原子钴基电催化剂已成为质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs）氧还原阴极设计的新前沿，这是因为它相比于单原子铁基催化剂具有更高的耐久性和更小的费顿效应。其中，高温热解钴基沸石咪唑酯骨架结构材料（zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs）是制备单原子钴基催化剂重要途径之一。然而，热解导致活性位点结构坍塌，从而无法有效保持孔隙度和形态结构，致使暴露的活性位点较少。

鉴于此，纽约州立大学武刚等人避开热解策略，通过静电纺丝直接制备高度稳定的交联纳米钴基共价有机聚合物（Co-COP）纤维电极。相关成果已成功发表在国际知名期刊《Advanced Materials》。

合成的纤维可以很容易地组织成一个具有均匀分层多孔结构的无支撑大面积薄膜，同时单原子Co均匀分散在催化剂表面。聚焦离子束场发射扫描电子显微镜和计算流体动力学实验证实，相对扩散系数提高了3.5倍，为反应物进入活性位点和高效排水提供了一条有效途径。

结果表明，该Co-COP纳米纤维电极的峰值功率密度比传统喷涂方法提高了1.72倍，耐久性能显著提高。值得注意的是，这种纳米制造技术还保持了良好的可扩展性和均匀性，这是PEMFCs膜电极制造所需的特性。