Page 60 - 《精细化工》2021年第1期
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·50· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
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（232 mV）下可提供 10 mA/cm 的电流密度，其
Tafel 斜率为 130 mV/dec。炭化有利于氮掺杂的活性
位点的形成，可以提高碳基材料的电导率。
在此基础上，KONG 等 [52] 继续利用 3,8-二溴邻
菲咯啉（3,8-DBPT）替代四(对-溴苯基)卟啉与 1,3,5-
苯三硼酸三价醇酯（BTA）制备得到 Phen-COFs，
Phen-COFs 再与乙酸铁混合得到 Fe-Phen-COFs 作为
Fe、S、N 和 C 的载体（图 8）。通过炭化形成 N-S
共掺杂复合纳米材料（FeS/Fe 3 C@N-S-C-800）。与
Fe 2 P/Fe 4 N@C-800 相比，材料 FeS/Fe 3 C@N-S-C-800
具有更高的 HER 电催化活性，在低过电势下可提供
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10 mA/cm 的电流密度，其 Tafel 斜率为 81 mV/dec，
其电催化活性优于其他非贵金属电催化剂 [53-55] 。
以上两种材料都采用炭化方式将金属颗粒紧密
地包裹在碳基质中，氮元素在两者中分别以吡啶氮
（N1）和石墨氮（N2）的形式存在。FeS/Fe 3 C@N-S-
C-800 的电催化性能高于 Fe 2 P/Fe 4 N@C-800 的原因
可能在于前者具有更高的氮含量。此外，FeS 和 Fe 3 C
在电催化过程中发挥着协同作用。具体地，Fe 3 C 作
为活性位点引发催化反应，FeS 可以提高电催化剂
对底物的吸附能力，其作用相当于助催化剂，两者
相辅相成，从而提高了电催化性能。
图 7 SB-PORPy-COFs 的合成方案（a）、Tafel 斜率（b）
[46]
及其循环 500 次前后电流密度对比（c） ；TpPAM
结构（d）及其 LSV 曲线（e）和 Tafel 斜率（f） [47] 图 8 Fe-Phen-COFs 及其衍生的 FeS/Fe 3 C@N-S-C-800 电
Fig. 7 Synthetic scheme (a), Tafel slope (b) and comparison 催化剂的合成示意图 [52]
of current density before and after 500 cycles (c) of
SB-PORPy-COFs [46] ; Structure (d), LSV curve (e) Fig. 8 Schematic representation for the synthesis of
and Tafel slope (f) of TpPAM [47] Fe-Phen-COFs and its derived FeS/Fe 3 C@N-S-C-800
[52]
electrocatalysts
具有高比表面积、电子导电性和化学稳定性的 2.4 氧还原反应
碳材料在许多领域展现了广阔的应用前景 [50] ，如储 电催化氧还原反应（ORR）是能量转换和储存
能转化、环境修复和电催化。利用亚胺 COFs 衍生 系统中至关重要的阴极过程 [56] ，在许多重要的化学
的碳材料因其可调控的化学和物理特性而被开发作 反应如能量转换、电化学腐蚀和生物过程等过程中
为 HER 的高效电催化剂材料。 都存在 ORR [57] 。但该反应缓慢的动力学过程和过高
FAN 等 [51] 报道了一种以卟啉合成的 3D 亚胺 电势制约了 ORR 的发展。因此，开发高效 ORR 电
COFs，并通过炭化将磷化铁和氮化物颗粒封装在石 催化材料是实现高效燃料电池的核心技术之一。电
墨碳层中得到 Fe 2 P/Fe 4 N@C-800。与其他磷化物和 催化 ORR 是一个复杂的多电子转移的电化学过程，
氮化物电催化剂相比，Fe 2 P/Fe 4 N@C-800 不仅具有 在酸性条件下可能存在两种反应途径 [58] ：（1）双电
良好的 HER 电催化性能。碱性条件下，在低过电势 子转移并形成 H 2 O 2 ；（2）4 个电子转移得到副产物
