image: 通过“分子剪切再缝合”方法构建了由ZIF-8晶体和含硼MOF纳米片（B-MOF）组成的“二面神”MOF异质结构。进一步以ZIF-8/B-MOF为模板，通过热解形成了氮掺杂碳块和硼、氮共掺杂碳纳米片组成的“二面神”碳结构（表示为NC/BNC）。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
碳基非金属纳米材料在许多电催化反应中具有良好的催化活性，有望成为贵金属催化剂的替代品。杂原子掺杂通过诱导碳平面的电荷离域以形成高活性的催化位点，是提高碳基催化剂的有效策略。然而，碳的sp2共轭结构同时被破坏，导致电子传导性降低，不利于电催化过程。
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了华南理工大学李映伟教授和陈立宇教授的研究成果。该研究团队构筑了具有不同杂原子掺杂水平的碳基“二面神”结构，突破了碳催化剂固有活性和电子电导率之间的矛盾，大幅提升碳基电催化剂在肼氧化反应中的催化性能。
该研究团队提出了一种“分子剪切再缝合”的方法来构建“二面神”型MOF异质结构。以ZIF-8晶体为模板，使用硼酸进行部分刻蚀，使B-MOF在蚀刻的ZIF-8上成核和生长，从而形成具有独特“二面神”结构的ZIF-8/B-MOF杂化物。以MOF二面神异质结构为前体，构建了新型“二面神”碳结构，其一端是具有高导电性的氮掺杂碳块（NC），一端是具有高催化活性的氮、硼共掺杂碳纳米片（BNC）。NC与BNC的结合不仅可以保证杂化物的高电子电导率，还可以进一步诱导界面处BNC活性位点的电荷离域，以增强催化活性。在电催化肼氧化反应（HzOR）中，NC/BNC的活性显著优于NC、BNC单体及其物理混合物。
Journal
National Science Review