我国科研人员提出将工程有机聚合物变成新材料

1月2日，武汉纺织大学杨应奎教授团队应英国皇家化学会邀请，在其旗下的《化学学会评论》上在线发表长篇综述论文《将工程有机聚合物作为新型可持续材料用于功能强大的电催化剂》。研究团队提出聚合物催化剂设计的一般原则，介绍了在分子和大分子水平上定制聚合物催化剂的最先进的工程策略，概述了关键电化学反应背后的基本原理，并为先进聚合物催化剂的合理设计提出了新的机遇。

聚合物电催化剂的结构设计与性能调控策略。受访单位供图

研究人员介绍，低成本、高效率的电催化剂对燃料电池、金属空气电池、水电解槽和二氧化碳转化等新型可持续电化学能源转换技术的发展至关重要。目前，世界各国已开发的各类电催化剂主要以贵金属和非贵过渡金属化合物、无机碳基材料及其杂化物为主，其未来发展面临成本高、资源枯竭、环境友好性差、高碳排放、回收难等挑战。相较而言，有机聚合物兼具资源丰富、结构易设计、催化活性可调控、成本低、易回收和可再生等优点，成为最具潜力的可持续能源电催化材料。但聚合物能源电催化材料还存在活性低、导电性差、选择性低、稳定性差、等问题。

为此，省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室杨应奎教授团队从催化活性、电导率、传质和稳定性等方面出发，提出聚合物电催化剂的一般设计原则；系统阐述分子（杂原子、金属原子）和大分子（链结构、拓扑结构、聚集态结构、异质杂化结构）水平上定制聚合物催化剂的工程化策略；概述氧还原反应、析氢反应、二氧化碳还原反应、析氧反应、氢氧化反应等关键电化学反应的基本原理，并综述聚合物催化剂取得的重大突破；继而总结该领域当前面临的挑战，并提出合理设计先进聚合物电催化剂的新机遇。通过总结聚合物催化剂的研究进展、设计策略、结构-性能关系的深刻见解、挑战和展望，从而为聚合物催化剂的未来发展提供有价值的指导。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D3CS00727H