石淼婕，师春扬，王俊豪

（山西大学 分子科学研究所，晶态材料研究所，山西 太原 030006）

0 引言

Pt基催化剂被认为是迄今最有效的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction，ORR）和析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction，HER）催化剂，但是由于其价格昂贵、稀缺、稳定性差，严重限制了其大规模商业应用[1]。因此，开发低成本、高效的多功能电催化剂是可再生能源技术商业化的迫切要求和巨大的挑战[2]。

金属有机骨架（Met al-Organic Frameworks，MOFs）由于其孔径尺寸可控、孔道表面可修饰、比表面积大[3]及碳、氮源丰富[4]等特点，以之作为前驱体制备碳基电催化剂，成为近几年的研究热点[5-6]。Zhang等[7]利用介孔二氧化硅（mSiO2）作为模板剂，与ZIF-8/ZIF-67混合后高温煅烧，经酸刻蚀得到Co,N-CNF电催化剂。虽然这些催化剂显示出高效的电催化活性，但此方法也有很多的缺点，例如需要酸浸去除模板剂，这不仅繁琐而且容易腐蚀碳基材料。所以开发成本效益高，制备方法简单的非贵金属电催化剂是目前亟需解决的问题之一。此外，研究表明用客体材料改性的金属有机骨架，在碳化后可以大大提高其电催化性能[8-9]。

因此，本文选择了一种阴离子MOFs材料，NH4Zn3OH（PzC）3[10]，NH4+阳离子作为其中的抗衡离子。利用带电MOFs的静电作用，将钴螯合物作为钴源，将钴离子原位掺杂到阴离子MOF中，得到前驱体Co@MOF，并在不同温度（T=700℃、800℃、900℃和1 000℃）下碳化，得到钴/氮共掺杂的碳基材料Co@NC-T。电化学测试结果显示，Co@NC材料的ORR催化活性依次为Co@NC-800＞Co@NC-1 000＞Co@NC-900＞Co@NC-700，并且其HER的催化活性与ORR一致。此外，利用SEM、BET和XPS等表征手段，进一步分析了材料的形貌结构、比表面积以及表面元素化学态等。结果表明，当碳化温度为800℃时，材料具有较大的比表面、独特的形貌以及含量丰富的活性位点，促进材料ORR/HER催化活性；……