配体调控霍夫曼型MOFs衍生S/N共掺杂碳基质负载小尺寸Pt纳米颗粒用于增强氧还原反应

本文通过配体调控策略合成两种铂锌霍夫曼型金属有机框架（MOFs），经热解后分别获得S/N共掺杂碳基质负载小尺寸Pt纳米颗粒（Pt/SNC）和氮掺杂碳负载L10-PtZn金属间化合物。研究表明Zn蒸发与S/N共掺杂协同优化Pt分散度、调控电子结构并强化金属-载体相互作用，使Pt/SNC在氧还原反应（ORR）中表现出0.88 V的半波电位和78%的循环稳定性，为设计高性能Pt基电催化剂提供新思路。

　　

Section snippets

Chemicals and materials

实验采用四氰合铂(II)酸钾三水合物（K₂[Pt(CN)₄]·3H₂O）和商用Pt/C（20 wt%）作为铂源，锌氯化物（ZnCl₂）为锌源，分别选用含硫配体4,4′-联吡啶二硫醚（C₁₀H₈N₂S₂）和无硫配体4,4′-偶氮吡啶（C₁₀H₈N₄）构建霍夫曼型MOFs。所有试剂均直接使用未进一步纯化。

Results and discussion

图1生动展示了实验设计思路：通过配体调控策略，以[Pt(CN)₄]^2?为基本构筑单元、Zn²⁺为次要金属，分别与含硫或不含硫配体自组装形成两种铂锌霍夫曼型MOFs。热解后，含硫前驱体成功转化为S/N共掺杂碳基质负载的超小Pt纳米颗粒（Pt/SNC），而无硫前驱体则生成氮掺杂碳负载的L1₀-PtZn金属间化合物（L1₀-PtZn/NC），这一对比为揭示配体化学对催化剂结构演化的影响提供了理想模型。

Conclusions

本研究精彩地证明了配体调控是设计高性能Pt基电催化剂的有效策略。含硫配体前驱体热解时，Zn的蒸发与S/N共掺杂协同作用，不仅生成超小尺寸的Pt纳米颗粒，还通过强金属-载体相互作用将其牢固锚定在导电碳基质中；而无硫体系则稳定形成L1₀-PtZn金属间化合物。Pt/SNC在氧还原反应中展现出卓越的活性和稳定性，凸显了异质原子共掺杂与金属蒸发策略的协同增效作用。