迄今為止，鉑基材料是最先進的氧還原反應(yīng)(ORR)電催化劑，但其稀缺性、高成本和易中毒等問題嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)高活性、高穩(wěn)定性、低成本的ORR電催化劑以替代鉑基電催化劑是推動ORR反應(yīng)進一步發(fā)展的關(guān)鍵。基于此，哈爾濱工程大學(xué)范壯軍和中國石油大學(xué)(華東)任浩、黃毅超等通過一種配位工程策略，同時調(diào)節(jié)鈷-氮-碳(Co-N-C)電催化劑的碳缺陷、電子結(jié)構(gòu)和表面親水性，使其能夠高效催化ORR反應(yīng)。
具有豐富含氧配體(大多數(shù)為COOH)的GQD可以與Co原子配位以制備GQD和Co共摻雜的ZIF-8前驅(qū)體(G-Co-ZIF-8)。在熱解后，引入的富氧石墨烯結(jié)構(gòu)的量子點有助于構(gòu)建局部導(dǎo)電位點，減少Co-N-C的碳缺陷，提高電子轉(zhuǎn)移效率和抑制H2O2破壞自由基的能力。同時，GQD可以有效地調(diào)整Co活性位點的電子結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化OOH?吸附能，從而通過促進H2O2的進一步還原來提高ORR動力學(xué)和穩(wěn)定性點。此外，富氧GQD可以提供一個理想的親水性表面，提高活性位點利用率，導(dǎo)致ORR動力學(xué)的整體改善。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明，優(yōu)化后的富氧GQD功能化的Co-N-C (G-CoNOC)電催化劑具有較高的電催化ORR活性，起始電位和半波電位分別為0.95 V和0.88 V，并且連續(xù)反應(yīng)200 h后電流密度保持在90.0%以上，明顯優(yōu)于純Co-N-C電催化劑和工業(yè)Pt/C電催化劑。總的來說，該項工作著重研究了GQD對Co-N-C電催化劑局部導(dǎo)電位點和電子結(jié)構(gòu)調(diào)控的關(guān)鍵配位作用以提高催化劑的活性和穩(wěn)定性，這為開發(fā)高活性無貴金屬的ORR電催化劑提供了新的思路。Coordination Engineering of Defective Cobalt–Nitrogen–Carbon Electrocatalysts with Graphene Quantum Dots for Boosting Oxygen Reduction Reaction. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202207227
