開發(fā)高效穩(wěn)定低廉的氧化還原催化劑是突破燃料電池工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一,。近年來(lái)，由于金屬有機(jī)骨架（MOF）和共價(jià)有機(jī)骨架（COF）中元素的多樣性，可調(diào)控的結(jié)構(gòu)與高的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，它們作為制備燃料電池中的氧還原電催化劑前驅(qū)體受到廣泛關(guān)注,，但后續(xù)的高溫碳化過(guò)程中，常會(huì)引起結(jié)構(gòu)變化甚至破壞,，使得原本高度有序可調(diào)的MOF/COF結(jié)構(gòu)失去了自身的優(yōu)勢(shì),。
近年來(lái),，科研工作者已經(jīng)證明雜原子摻雜可以影響相鄰碳原子的電子結(jié)構(gòu),，并誘導(dǎo)碳原子周圍電荷的不均勻分布，從而增強(qiáng)電化學(xué)性能,。共價(jià)有機(jī)聚合物（Covalent organic polymers: COPs）因其良好的水熱穩(wěn)定性，且具有和MOF/COF一樣的大比表面積,，結(jié)構(gòu)多樣性與可調(diào)節(jié)性,，在電催化領(lǐng)域逐漸發(fā)揮著重要作用。但由于COP自身導(dǎo)電性差導(dǎo)致其催化活性較低,，需要經(jīng)過(guò)高溫碳化來(lái)增加其導(dǎo)電性，這同時(shí)又會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)破壞等問題,，與傳統(tǒng)碳材料一樣,，難于認(rèn)清催化活性中心與機(jī)理。
COP/rGO合成示意圖
非貴金屬碳基氧還原催化劑是當(dāng)前熱門的燃料電池催化劑,而傳統(tǒng)制備過(guò)程中,需要經(jīng)過(guò)高溫(>700°C)碳化過(guò)程來(lái)提高材料的導(dǎo)電性和催化活性,。高溫碳化過(guò)程中,材料結(jié)構(gòu)可能發(fā)生不可預(yù)測(cè)性的改變甚至重構(gòu),、催化活性位不清晰,、難以控制等問題,給催化過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)制、失活機(jī)理與宏量制備等帶來(lái)重大挑戰(zhàn),。
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的發(fā)展仍依賴于貴金屬鉑基催化劑，但鉑價(jià)格昂貴且資源稀缺嚴(yán)重制約了PEMFC的推廣應(yīng)用,。但研究最熱門的傳統(tǒng)過(guò)渡金屬摻雜碳基催化劑（M-N/C）通常經(jīng)高溫碳化制備（>700℃）,，導(dǎo)致催化劑全貌結(jié)構(gòu)不明確，活性中心認(rèn)識(shí)不清楚,，難于闡明清晰的構(gòu)效關(guān)系,；且高溫碳化制備量當(dāng)前大多處于毫克級(jí)，難于規(guī)�,；炅恐苽�,。
擺脫傳統(tǒng)高溫碳化方法，低溫制備高效清晰分子結(jié)構(gòu)催化劑,，是解決瓶頸問題的關(guān)鍵,。COP材料是通過(guò)共價(jià)鍵將有機(jī)構(gòu)筑單元鏈接形成周期性明確結(jié)構(gòu)的框架材料，組成元素豐富,，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性靈活,，是理想的分子結(jié)構(gòu)定制的材料平臺(tái)。向中華課題組從源頭上創(chuàng)新,，提出 “非碳化”創(chuàng)制策略,，基于導(dǎo)電COP材料，制備結(jié)構(gòu)明確的催化劑,，認(rèn)識(shí)活性中心,，揭示構(gòu)效關(guān)系，為燃料電池關(guān)鍵催化劑材料提供新方案,。
12月8日,，中國(guó)粉體網(wǎng)旗下的粉體公開課平臺(tái)將邀請(qǐng)北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院向中華教授向大家就非碳化共價(jià)有機(jī)聚合物基能源催化材料與器件做相關(guān)報(bào)告。該報(bào)告重點(diǎn)介紹非碳化共價(jià)有機(jī)聚合物基能源催化材料與器件在燃料電池領(lǐng)域的研究成果：圍繞燃料電池催化應(yīng)用的導(dǎo)電COP材料化工制備,，提出催化劑低溫合成方法,，結(jié)合過(guò)程強(qiáng)化手段，突破傳統(tǒng)高溫法難于可控定制合成的瓶頸,，實(shí)現(xiàn)催化劑活性中心可控有序排列及燃料電池器件示范應(yīng)用,。
向中華教授簡(jiǎn)介
向中華，北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授,，博導(dǎo),；國(guó)家優(yōu)青，北京市杰青基金獲得者,。2007年獲湘潭大學(xué)學(xué)士學(xué)位,；2013年獲北京化工大學(xué)博士學(xué)位,；2013~2014年在美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)博士后；2014年至今在北京化工大學(xué)工作,。主要從事分子能源材料的分子設(shè)計(jì)與工程制備,。近年來(lái)在、《JACS》,、《Angew. Chem. Int. Ed.》,、《Adv. Mater.》、《Science Advances》等SCI期刊發(fā)表論文70余篇,。被《Science》等SCI他引4000余次,。授權(quán)發(fā)明專利9件。獲中國(guó)化工學(xué)會(huì)第九屆侯德榜化工科技青年獎(jiǎng),；教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2/4）,；北京市高校優(yōu)秀共產(chǎn)黨員；2017年入選第三屆中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程,。中國(guó)化工學(xué)會(huì)國(guó)際學(xué)術(shù)交流工作委員會(huì)委員,；中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)氫能專業(yè)委員會(huì)委員；中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)執(zhí)行秘書長(zhǎng)等,。
參考資料：
郭佳寧等.非碳化共價(jià)有機(jī)聚合物材料用于氧還原催化
