近日，重点实验室副主任庄仲滨教授，化学学院孙晓明教授、田书博副教授，以独家通讯单位在国际知名期刊Nature Catalysis上发表了题为“Co(CN)₃ catalysts with well-defined coordination structure for the oxygen reduction reaction”的最新研究成果。该成果基于Co(CN)₃晶体的精确可控合成，一方面说明了Co(CN)₃微晶在阴离子交换膜燃料电池中的巨大应用前景，另一方面还为M-N-C类催化剂的配位数-性能关系提供了实验上准确可行的参考系。

金属氮掺杂碳（M-N-C）催化剂是很有前途的燃料电池阴极铂族金属替代品。然而，其随机形成、不可预测的配位使其结构-性能研究变得复杂，并导致活性位点密度较低。本研究通过湿化学方法成功合成了具有明确暴露面的立方和八面体Co(CN)₃微晶，并将其用作ORR催化剂。SCXRD和基于同步辐射的XAS共同描述了Co(CN)₃的孤立位点性质，钴位点由三个碳和三个氮配位。它与传统的碳质 Co-N-C 材料具有基本相同的配位环境，但由于氰化物阴离子的尺寸较小，其位点密度远高于传统的碳质 Co-N-C 材料。以Co(CN)₃-Cub为代表的五配位钴位点在4e^-ORR中的反应活性高于其八面体对应位点。由于兼具高活性、稳定性和位点密度，Co(CN)₃催化剂在AEMFC中表现出很高的性能，峰值功率密度达到1.67 W/cm²。DFT计算表明，更饱和的配位结构使d带中心负移更大，从而减弱了对^*OH的吸附，提高了ORR活性。这项工作不仅说明了Co(CN)₃微晶在燃料电池中的应用前景，还为配位数-性能关系提供了参考。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-023-01047-7