新闻网讯 氧还原反应是绿色能源转换技术中一个至关重要的电化学过程，它主要采用非金属或金属基材料作为电催化剂。为了提高其催化反应性能，科研工作者对于活性中心的电荷再分布的调控方法进行了广泛的研究，然而，传统的热解或杂原子掺杂方法通常会导致分子结构不明确、催化活性位点不确定等问题。
由于不饱和键/配位不饱和环境可有效提供催化活性位点和电荷传输通道。例如，在金属基催化剂中，其配位不饱和特性可以显着促进反应物的化学吸附，并通过快速的界面电荷转移诱导高电子电导率，从而增强电催化活性。在非金属碳基催化剂中，各种不饱和形式的碳材料，特别是蝉辫或蝉辫2杂化原子很容易被活化，也被证明是优化氧吸附能和提高性能的有效方法。然而，目前仍缺乏有效的策略来精确控制此类催化体系中不饱和态的结构以及不饱和位点在整个结构中的催化反应机制。
基于以上科学问题，生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室教授龙晓静、杨东江采用“不饱和键”策略定向设计并开发了一类共价有机框架氧还原催化剂。电化学原位拉曼谱和相关理论计算阐明了不饱和键在氧还原电催化反应中的作用机制。引入不饱和键可以调控分子的局部电荷再分布，尤其N=N键的存在可使骨架产生额外的电子分布，使催化剂分子具有更强的电子定域性，促使其对位C=N键活化且更易吸附氧中间体。该工作报道了一种利用不饱和键调节非金属碳基催化剂活性中心电荷分布的新策略，为新型电催化材料的设计提供一种有效的方法。相关研究成果以“An Unsaturated Bond Strategy to Regulate Active Centers of Metal-Free Covalent Organic Frameworks for Efficient Oxygen Reduction”为题，在国际顶级化学期刊Angewandte Chemie (DOI: 10.1002/anie.202209583)上发表，并被遴选为Hot Paper。我校为第一完成单位，龙晓静教授和杨东江教授为共同通讯作者，2019级毕业生闫祥宇为文章第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目和山东省泰山学者青年专家项目的资助。
论文信息：An Unsaturated Bond Strategy to Regulate Active Centers of Metal-Free Covalent Organic Frameworks for Efficient Oxygen Reduction. Xiangyu Yan, Bingbing Wang, Jun Ren, Xiaojing Long* and Dongjiang Yang*
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