纳米级MOF衍生的空位工程化Co2P/N掺杂煤基碳纤维，用于增强氢气的释放

《Green Chemistry》：Nanoscale MOF-derived vacancy-engineered Co2P/N-doped coal-based carbon fibers for boosting hydrogen evolution

氢进化反应催化剂设计中，采用纳米金属有机框架前驱体热解制备了具有钴空位的多级孔Co?P/N-掺杂煤基碳纤维催化剂，通过调控NMOF尺寸（40 nm）实现Co?P纳米颗粒（7.3 nm）精准控制，结合DFT计算证实钴空位优化电子结构（降低d带中心）和提升活性位点密度，在0.5 M H?SO?中66 mV过电位达到10 mA/cm2，120小时稳定性显著优于常规催化剂。

　　

氢气作为一种有前景的清洁能源，推动了人们对高效电催化剂的广泛研究，这些催化剂用于促进氢气析出反应（HER）。本研究报道了一种自支撑的Co?P/氮掺杂煤基碳纤维催化剂（Co?P/N-C-CFs(S-ZIF-67)）的合成方法，该催化剂通过热解纳米级金属有机框架（NMOF）前驱体来产生钴（Co）空位。与传统的ZIF-67相比，S-ZIF-67（40纳米）形成的Co?P颗粒更小（7.3纳米），同时形成了层次化的孔结构并增加了比表面积。更重要的是，S-ZIF-67的热解过程产生了Co空位，这些空位优化了催化剂的电子结构并提高了活性位点的密度。密度泛函理论（DFT）计算证实，这些Co空位降低了d带中心能级，促进了催化剂内部的电子转移。此外，N-C-CFs作为载体不仅提供了结构上的灵活性，还允许调节氢气吸附的吉布斯自由能（ΔGH*）。因此，Co?P/N-C-CFs(ZIF-67)在0.5 M H?SO?溶液中表现出优异的HER性能，仅需66 mV的过电位即可达到10 mA cm?2的电流密度，并且在20 mA cm?2的电流密度下保持了120小时的显著稳定性。值得注意的是，其性能甚至超过了Co?P/N-C-CFs(ZIF-67)和商用20% Pt/C催化剂在高电流密度下的表现。本研究通过精确控制NMOF的尺寸和空位工程，建立了一种设计先进HER催化剂的有效策略。