石墨炔是第一个人工制备的由sp/sp²共杂化形成的新碳同素异形体，具有丰富的化学键、大共轭体系、特殊的电子结构、以及优良的化学性能、热稳定性、半导体性能等独特性质，在能源、催化、光电转换等领域表现出巨大的潜力。

基于Pt/Ru等贵金属的催化剂是目前已知的最佳HER/OER催化剂，但是其稀缺性与高成本限制了大规模的商业应用。因此，开发具有地球丰富且具有成本效益的HER/OER低过电位(η)高效电解水催化剂势在必行。

近日，中科院化学所李玉良院士（点击查看介绍）团队通过化学衍生化成功制备了具有高催化活性和多活性位点的柔性三维多孔氟代石墨炔无金属电催化剂 (p‐FGDY/CC，图1)。氟代石墨炔保留了石墨炔的基本框架和二维平面结构中的共轭体系，具有丰富的碳化学键、天然孔洞结构以及表面电荷分布不均匀性等特性，使其在全pH范围内均显示出优异的电催化性能，比如，在酸性和碱性条件下HER过程中，p-FGDY/CC仅需82和92 mV低过电位即可达10 mA cm^-2的电流密度 (图2)。

图1. (a) FGDY的结构示意图；(b) p-FGDY/CC的照片；(c,d) 纯CC的SEM图；(e-g) p-FGDY/CC的SEM图；(h) p-FGDY/CC的接触角测量；(i) 具有弯曲形态的p-FGDY/CC柔性电极的光学照片; (j) 三电极体系照片(WE：工作电极；RE：参比电极；CE：对电极)；(k) j图中标记区域WE的放大图像。

图2. (a) 催化剂在1 M KOH中的HER极化曲线；(b) p-FGDY/CC与已报道催化剂在1 M KOH中的HER性能对比；(c) p-FGDY/CC在1 M KOH中的HER长期稳定性测试；(d) 催化剂在0.5 M H₂SO₄中的HER极化曲线；(e) p-FGDY/CC与已报道催化剂0.5 M H₂SO₄中的HER性能对比；(f) p-FGDY/CC在0.5 M H₂SO₄中的HER长期稳定性测试; (g) 催化剂在1 M KOH中的OER极化曲线；(h) p-FGDY/CC与已报道催化剂1 M KOH中的OER性能对比；(i) p-FGDY/CC在1 M KOH中的OER长期稳定性测试。

该工作为研究无金属催化反应机制提供了理想模型，为制备大面积电极材料提供了新策略，是新型无金属电催化剂研究的一个新方向。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

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Fluorographdiyne: A Metal‐Free Catalyst for Applications in Water Reduction and Oxidation

Chengyu Xing, Yurui Xue, Bolong Huang, Huidi Yu, Lan Hui, Yan Fang, Yuxin Liu, Yingjie Zhao, Zhibo Li, Yuliang Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201905729

导师介绍

李玉良

https://www.x-mol.com/university/faculty/15487