本网讯　近日，化学化工学院燃料电池研究所李忠芳教授在新型全共轭卟啉类COFs的结构设计及催化剂电子调控氧催化性能提升取得重要进展，相关成果以“A novel fully conjugated COF adorned on 3D-G to boost the “D–π–A” electron regulation in oxygen catalysis performance”为题发表在SCI一区Nature index期刊Chemical science上。(Chem. Sci., 2025,16, 9951-9965.)

　　本工作开发一种新型聚合金属卟啉基全共轭共价有机框架（COF）材料PBIPorCo，通过固载到三维石墨烯（3D-G）表面，构建了PBIPorCo内部“电子供体-电子受体”（D–A）结构及其与3D-G间的π-π相互作用，显著提升PBIPorCo/3D-G催化氧反应双功能性能。PBIPorCo由meso-5,10,15,20-四（4-氰基苯基卟啉）钴（TCNPorCo）与3, 3'-二氨基联苯胺聚合而成，其分子内的苯并咪唑基团作为强电子供体，增强了Co-N4的电子云密度，同时富氮环境加速了氧还原反应（ORR）中的质子化过程。固载于3D-G后，通过π-π相互作用优化PBIPorCo/3D-G内部电子转移，结合3D-G的高导电性和多孔结构，实现了催化活性与稳定性的协同提升。性能测试表明，PBIPorCo/3D-G催化ORR半波电位（E1/2）为0.90 V vs. RHE，催化氧析出反应（OER）过电位Ej=10仅290 mV（10 mA/cm2），双功能催化性能电位差（ΔE）低至0.62 V。在锌-空电池（ZABs）中，液态体系（L-ZABs）峰值功率密度达356.8 mW/cm2，循环稳定性超200 h；柔性全固态电池（F-ZABs）功率密度65.5 mW/cm2，弯曲状态下仍保持稳定。密度泛函理论（DFT）证实，苯并咪唑基团作为供电子基团提升Co-N4电子云密度和PBIPorCo/3D-G二者之间存在π-π相互作用的电子协同效应是性能提升的关键。该工作为高效全共轭聚合金属卟啉基COFs氧反应催化剂的设计提供了新策略，在燃料电池、全水分解及柔性储能器件中具有广阔应用前景。

　　该项成果以山东理工大学化学化工学院为第一完成单位，化工学院博士研究生孙迎港为第一作者，李忠芳教授为通讯作者。研究工作得到国家自然基金与山东省自然科学基金项目的资助。