来源：北京大学工学院

近日，工学院邹如强课题组在多孔能源材料研究领域取得一系列重要进展。

氧还原反应是燃料电池、锂-空气电池等电化学储能装置中涉及的一个重要反应。该过程通常需要贵金属铂催化剂来催化进行，但是铂储量少，价格昂贵，开发廉价的非贵金属催化剂成为了当今的研究热点。目前研究的非贵金属催化剂普遍面临催化活性低的缺点，尤其是在酸性条件下。邹如强课题组最新设计合成了具有微纳尺寸的金属-有机骨架材料，通过简单的处理，将之转换为钴、氮共掺杂的碳纳米颗粒。其具有高的表面积和丰富的微孔结构，在酸性和碱性条件下都表现出优良的催化活性和稳定性。另外，邹如强课题组还深入研究了氧还原催化剂结构对性能的影响，通过对催化剂孔道结构优化进一步提高了氧还原催化活性。相关研究成果“A metal–organic framework route to in situ encapsulation of Co@Co3O4@C core@bishell nanoparticles into a highly ordered porous carbon matrix for oxygen reduction”和“Well-defined carbon polyhedrons prepared from nano metal–organic frameworks for oxygen reduction”近期分别以封面论文形式发表在国际知名学术期刊Energy & Environmental Science（http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/EE/C4EE02281E）和Journal of Materials Chemistry A（http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ta/c4ta01656d）。该工作不仅为金属-有机骨架材料的合成与运用开辟了新的方向，而且为电化学催化剂的制备提供了新的思路，受到审稿人的高度评价。这两个工作的第一作者均为北京大学工学院材料系11级博士研究生夏威。

另外，邹如强课题组基于金属-有机骨架材料设计合成了新型多孔碳包覆CoS2纳米颗粒复合结构，可用作高性能锂离子电池负极材料。复合结构中多孔碳层的保护作用及内部CoS2纳米颗粒对材料体积膨胀的良好适应性，大大增强了材料的电池循环稳定性。电池测试结果表明，在100mA g-1的充放电电流密度下，经过50圈充放电循环材料的质量比容量依然保持为560mAh g-1；在高电流密度（2500mA g-1）下充放电循环50圈后，其质量比容量仍可达410mAh g-1。相关成果“Facile Synthesis of Ultrasmall CoS2 Nanoparticles within Thin N-Doped Porous Carbon Shell for High Performance Lithium-Ion Batteries”近期发表在国际知名学术期刊Small上（http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201403579/full），并被选作当期的卷首插图（Frontispiece）。该工作发表后立即被Wiley出版社的MaterialsViewsChina网站作为新闻报道（http://www.materialsviewschina.com/2015/03/new-type-of-anode-material-for-lithium-ion-batteries-carbon-nitrogen-doped-porous-coated-cobalt-sulfide-nano-particles-composite-structure-building/）。 论文的第一作者为北京大学工学院材料系12级博士研究生王晴飞。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、北京市科技新星计划、教育部新世纪优秀人才支持计划、优秀青年科学基金等项目的支持。

转载自http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2015-03/31/content_287995.htm