Page 61 - 《精细化工》2021年第1期
P. 61
第 1 期 刘云利，等: 亚胺 COFs 在电催化领域的应用研究进展 ·51·
H 2 O。在 ORR 过程中 4 个电子转移比双电子转移更
有效，而 4 电子过程的活性位点需要特殊的结构、
物理和化学性质。由于亚胺 COFs 具有独特的结构、
较大的表面积和可调节的孔径，已被用作电催化剂。
O (2H 2e ) H O （1）
2 2 2
O ( 4H 4 )e 2H O （2）
2 2
原始态的亚胺COFs对ORR电催化活性不高 [59-60] ，
因此，可通过将亚胺 COFs 热解成石墨烯结构，掺
杂的金属粒子均匀分布在石墨烯基体中，从而使亚
胺 COFs 具有更好的 ORR 电催化性能。 图 9 基于金属酞菁的 MPc-CMP 和金属纳米颗粒/氮掺杂
WU 等 [61] 合成了基于卟啉钴的亚胺 COFs，并对
碳骨架样品的合成路线（a）及在 1600 r/min 时不
其进行热处理，得到掺有钴纳米颗粒的富氮多孔碳 同样品的 ORR 极化曲线（b） [62]
材料。与炭化之前相比，炭化后的电催化剂在酸性 Fig. 9 Synthetic route of metallophthalocyanine-based
和碱性介质中均显示出更高的正电性、更好的扩散 MPc-CMP and metal nanoparticles/nitrogen-doped
carbon framework (a), ORR polarization curves of
限制电流以及更高的电子转移数，这无疑证明了炭 different samples at 1600 r/min (b) [62]
化的电催化效果较好。除常见的金属卟啉外，还可
采用其他一些金属-氮配位的配合物。在此基础上， 共掺杂亚胺 COFs 衍生碳框架高电催化活性的
LI 等 [62] 通 过将对苯二 甲醛和四氨 基金属酞菁 原因在于：（1）热解温度的影响，热解温度较低可能
〔MPc(NH 2 ) 4 〕缩合得到亚胺 COFs 进行热处理，将 导致不完全的石墨化和相对较低的电导率 [63] ，而温
金属纳米颗粒原位锚定在氮掺杂碳骨架中后得到 度过高则可能导致活性中心氮的损耗；（2）CoNCs800
MPc-CMP（图 9a），将其用于电催化 ORR。结果表 同时含有 N1、N2 有助于增强 ORR 活性 [64] ；（3）Co
–
明，在碱性条件下具有 4e 途径的 ORR。在不同的 纳米颗粒的存在和 Co-N 活性位点的相互作用，可增
热解温度下，与商业 20% Pt-C 相比，CoNCs800 具 强 ORR 的扩散动力学；（4）纳米颗粒周围的固定碳
有出色的电催化 ORR 活性（图 9b），其起始电势可 层可增强电导率并在 ORR 中充当活性位点。
达 0.905 V。 2.5 其他反应
亚胺 COFs 电催化剂除了可以有效电催化以上
提到的反应外，还可以电催化许多其他反应，例如
氢氧化反应 [65] 、苯甲醇氧化反应 [66] 和氮氧化物（即
硝酸盐和亚硝酸盐）还原反应 [67] 等。这些反应对于
许多领域至关重要，例如能量转换系统、印染、制
药、水净化、农用化学工业和危险废物处理等行业。
因此，电催化方法对于维持可持续的现代经济极为
重要 [68] 。
3 结语与展望
亚胺 COFs 作为一种新兴的框架材料，具有可
精确调节的多孔拓扑结构和活性中心，是开发下一
代电催化剂很有前景的材料。尽管亚胺 COFs 作为
电催化材料已取得了很大进步，但针对 COFs 的电
催化材料的研究仍然存在许多挑战，如下所述：
（1）需要进一步研究亚胺 COFs 基与掺入的金
属或载体材料之间可能产生的协同效应，以深入了
解电催化机理。
（2）亚胺 COFs 的结构-性能关系仍不确定，这
大大阻碍了新型亚胺 COFs 基电催化剂的理论设计。
（3）针对电催化氧还原原始亚胺 COFs 材料的
