▲共同第一作者：黄淇，徐少杰，刘捷
通讯作者：钱金杰，杨植
通讯单位：温州大学化学与材料工程学院
论文DOI：10.1016/j.apcatb.2023.123172
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全文速览
研究用溶剂诱导效应控制In-CPs晶体形貌使其可以热处理成特殊的纳米带结构，可以通过掺磷的方式加强与FePc的作用，并证明了CPs衍生的碳纳米带作为多孔碳载体的潜力，可以负载活性物质用于高效的能量存储和转化。
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背景介绍
为了提升燃料电池整体效率，合理设计和制备成本效益高、催化活性好、稳定性优越的非贵金属电催化剂在实际应用中具备关键的意义。金属大环分子酞菁铁（FePc）以其可调控的过渡金属d轨道特性和对称共轭环结构，展现出成为氧还原反应（ORR）活性位点的潜力。此外，调整活性物质与载体之间的相互作用能够有效阻止负载颗粒的聚集，促进电子传输，并提升纳米材料的稳定性。因此，采用具备可调结构和可修饰形态的配位聚合物（CPs）作为理想的碳载体，用以固定活性物质，成为设计先进电催化剂的一种有前途的策略。
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本文亮点与图文解析
要点一：铟离子与间苯二甲酸配体受到溶剂诱导效应合成了配位取向不同的两种铟基CPs（InOF-25和InOF-26）。两者可在互换溶剂的条件下完成晶体溶解到析出的可逆转变过程，并均可在水溶液中转化成相同结构的条形晶体(InOF-25-H2O和InOF-26-H2O)。
要点二：以条形晶体作为前驱体，DPPF作为造孔剂和磷源，通过热转化生成具有高度无序的掺磷多孔碳纳米带。其具有大的比表面积、丰富的活性位点和缺陷，从而极大程度的锚定了FePc，并促进了两者之间的电荷转移。
▲图2. 两种铟基CPs的结构转化过程和结构特征以及InOF-25、InOF-26、InOF-25-H2O和InOF-26-H2O的光学照片。
要点三：由于FePc分子的单分散、超薄的纳米带结构和大的比表面积，FePc-Fe2P@25-CNR具有优异的ORR性能，半波电位为0.899 V，扩散电流密度为5.152 mA cm-2。以FePc-Fe2P@25-CNR为阴极催化剂的锌空气电池表现出最大的功率密度（在186.637 mA cm-2时为115.342 mW cm-2）和循环稳定性（100次循环2000分钟）。
▲图3. 由FePc-Fe2P@25/26-CNR催化剂为阴极材料组装而成的锌空电池的实际应用与放电性能研究。
要点四：通过理论计算证明了掺磷碳衬底将促进电子转移到FePc上，在Fe中心形成富电子区域，使电子更容易从Fe转移到吸附的含氧中间体上，有利于OH*的形成，并具有更高的O2吸附能，增强了材料的氧还原活性。
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总结与展望
总之，作者探索了溶剂诱导效应在水环境中将两种同质异构的In基CPs转化为具有相同结构的带状颗粒中的作用。然后将这些颗粒作为前驱体，合成具有多级缺陷的掺磷超薄碳纳米带，以有效地锚定FePc。大量缺陷的存在为捕获氧相关物质提供了大量的活性位点，而磷原子的掺杂使得碳衬底具有电负性，不仅通过金属-载体相互作用改善了与FePc的结合，而且实现了电子的快速迁移。所得FePc-Fe2P@25/26-CNR电催化剂在碱性溶液中表现出高起始电位、高半波电位、大扩散电流密度等优良的ORR性能。以这些电催化剂为正极材料组装的ZABs具有优异的循环稳定性，这可以合理地归因于坚固的多孔碳纳米带结构，该结构牢固地固定了活性物质。最后，这些发现强调了CP衍生的碳纳米带作为多孔载体的潜力，可以将活性物质装载到高效的能量储存中。
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通讯作者简介
钱金杰副教授简介：钱金杰，副研究员，硕士生导师，全球Top2%顶尖科学家(2022)。2006年进入中国矿业大学化工学院应用化学系学习。2010年进入中国科学院福建物质结构研究所学习，师从洪茂椿院士，主要从事金属铟有机框架化合物的结构及其吸附性能研究，并于2015年获理学博士学位。同年加入温州大学黄少铭团队，主要从事MOF-on-MOF异质结构设计和合成、金属有机框架材料及其衍生碳纳米材料在能量储存和催化上的应用。在Nat. Commun., Coordin. Chem. Rev., Adv. Sci., Nano Energy, Appl. Catal. B-Environ., Small, Nano Lett., Chem. Eng. J. 等知名学术刊物上发表多篇论文。至今已发表论文150余篇, 论文引用5000+次, H-index为35, i10-index为95 (Google Scholar)。截止日前，已经为JACS, Angew., Adv. Mater., Adv. Sci., Nano Energy等60余种杂志审稿。
杨植教授简介：杨植，教授，博导，浙江省杰出青年基金获得者（2017）、博士毕业于湖南大学材料学院，曾在北京天奈科技有限公司（全球最大碳纳米管生产企业）任碳管应用研发组组长，2009年至今任职于温州大学，现任浙江省碳材料技术研究重点实验室主任，温州大学化材学院院长，国家一流专业（材料科学与工程）负责人，Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater 等60 多种国际权威杂志审稿人。近年来一直致力于微纳结构碳材料的结构设计、性能调控及在锂硫电池、燃料电池、仿生催化等领域基础、应用研究。在Nat. Commun.、Adv. Mater. 、Angew.Chem. Int. Ed.、ACS Nano等期刊发表SCI论文100余篇（第一/通讯40篇），它引7200余次，H因子41，10余篇论文入选ESI高引、热点，通讯作者单篇最高引用1800余次，授权发明专利19项，主持国家自然科学基金（5项）、浙江省杰青等课题。
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