原位掺杂的钴亚纳米簇分布在分层多孔碳材料中，以提升氧还原反应的性能

《Journal of Materials Chemistry A》：In situ doped cobalt sub-nanometer clusters in hierarchically porous carbon for enhanced oxygen reduction reaction performance

双金属纳米簇负载多孔碳催化剂通过模板法高效制备及其氧还原性能研究，以石墨烯氧化物为模板原位生长Co-Zn ZIF杂结构，经碳化获得CoHTMC系列材料，其中CoHTMC-1.0展现出最优ORR电催化性能（ onset E 0.865 V，n 3.81）。

　　

中孔碳材料（HTMC）具有类似空心龟壳的形态，并通过多步骤模板介导的合成方法嵌入了亚纳米级的钴（Co）簇（SNCs）。在此方法中，首先使用氧化石墨烯（GO）作为二维（2D）非牺牲模板，以实现双金属（Co和Zn）沸石咪唑骨架（ZIF）异质结构的原位生长。通过改变Co和Zn的进料比例，在GO表面生长出不同成分的双金属ZIFs。随后，在多巴胺介导的中孔结构涂层过程中，这些ZIFs作为牺牲模板形成了规则的空腔（即大孔）。在900°C的N?气氛下进行碳化处理后，获得了负载有Co物种的层次多孔二维碳材料，将其命名为CoHTMC-x（其中x表示Co的进料百分比）。研究发现，当Co的进料比例为2.5%时，材料在热处理过程中会形成Co纳米颗粒（NPs），因此选择进料比例低于2.5%的CoHTMC-x材料进行深入研究。本工作重点分析了一系列具有几乎相同碳骨架形态但Co含量不同的材料，分别是HTMC（不含Co）、CoHTMC-0.5、CoHTMC-1.0和CoHTMC-1.6。在0.1 M KOH溶液中的电化学测试表明，CoHTMC-1.0在氧还原反应（ORR）中表现出最佳性能，它平衡了碳表面上Co活性位点的良好分散性和高密度。CoHTMC-1.0在多个关键指标上均优于其他材料：起始电位（E_onset）为0.865 V（相对于可逆氢电极RHE），半波电位（E_1/2）为0.786 V（相对于RHE），电子转移数（n）为3.81，H?O?产率为9.31%，在0.5 V（相对于RHE）时的动力电流密度（j_k）为20.74 mA cm?2，以及电化学活性表面积（ECSA）为11.75 mF cm?2。我们展示了一种高效且灵活的方法，用于合成高性能电催化剂，而无需使用昂贵的铂族金属（PGMs）。