东华大学罗维、李小鹏团队AFM：COF衍生制备双功能富边缘氮掺杂的多孔碳，用于Li-S/O2混合电池

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第一作者：Mengmeng Liu

通讯作者：罗维、李小鹏

通讯单位：东华大学

论文DOI：10.1002/adfm.202213395

研究背景

纳米碳材料已经被广泛地研究为ORR或SRR的电催化剂。到目前为止，杂原子掺杂（例如，N、B、P和S）已被广泛用于改善纳米碳的电催化活性。除了掺杂，边缘工程也被应用于进一步提高活性。与碳的内部基面相比，由于电子的局域化和非配位电子的存在，碳的边缘被认为反应活性更高。值得注意的是，一些纳米碳已被制备和报道能够催化单一ORR或SRR反应，关于能同时催化ORR和SRR的纳米碳的报道还极其罕见，而基于这种双功能的电催化剂的Li-S/O₂混合电池可以为无人机等提供充足动力，并能在空气或无氧环境中运行。有鉴于此，东华大学罗维、李小鹏团队报道了一种COF衍生多孔碳用于同时实现ORR和SRR反应，通过改变煅烧温度来调控衍生多孔碳的边缘型氮物种含量，在Li-S/O₂混合电池中展现了2013 mAh g^-1的高比容量。相关成果发表在国际期刊Advanced Functional Materials上。

图文导读

• 材料制备

首先，利用4-甲酰基苯基取代的二氯三嗪与氯葡萄糖醇进行直接一步反应，得到结单元，之后将得到的结单元与对苯二胺在邻二氯苯和乙酸溶液中、120℃下反应，即可得到片层组装的纳米花形态的COF。最后，在高温下（700、800、900℃）煅烧，即可得到COF衍生多孔碳。 

• 导电性与含氮物种

随着碳化温度的升高，得到的衍生碳的导电性逐渐增加，边缘型吡啶氮含量逐渐降低。权衡导电性和反应活性，800℃下煅烧得到的COF₈₀₀衍生多孔碳展现了更优异的电催化活性。

•   nLi-S/O₂杂化电池性能

  在Li-S/O2混合电池中，COF800衍生多孔碳展现了2013 mAh g-1的高比容量。

文献链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202213395

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