开发高效稳定低廉的氧化还原催化剂是突破燃料电池工业应用的关键瓶颈之一。近年来，由于金属有机骨架（MOF）和共价有机骨架（COF）中元素的多样性，可调控的结构与高的比表面积等优点，它们作为制备燃料电池中的氧还原电催化剂前驱体受到广泛关注，但后续的高温碳化过程中，常会引起结构变化甚至破坏，使得原本高度有序可调的MOF/COF结构失去了自身的优势。
近年来，科研工作者已经证明杂原子掺杂可以影响相邻碳原子的电子结构，并诱导碳原子周围电荷的不均匀分布，从而增强电化学性能。共价有机聚合物（Covalent organic polymers: COPs）因其良好的水热稳定性，且具有和MOF/COF一样的大比表面积，结构多样性与可调节性，在电催化领域逐渐发挥着重要作用。但由于COP自身导电性差导致其催化活性较低，需要经过高温碳化来增加其导电性，这同时又会带来结构破坏等问题，与传统碳材料一样，难于认清催化活性中心与机理。
COP/rGO合成示意图
非贵金属碳基氧还原催化剂是当前热门的燃料电池催化剂,而传统制备过程中,需要经过高温(>700°C)碳化过程来提高材料的导电性和催化活性。高温碳化过程中,材料结构可能发生不可预测性的改变甚至重构、催化活性位不清晰、难以控制等问题,给催化过程中的反应机制、失活机理与宏量制备等带来重大挑战。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）的发展仍依赖于贵金属铂基催化剂，但铂价格昂贵且资源稀缺严重制约了PEMFC的推广应用。但研究最热门的传统过渡金属掺杂碳基催化剂（M-N/C）通常经高温碳化制备（>700℃），导致催化剂全貌结构不明确，活性中心认识不清楚，难于阐明清晰的构效关系；且高温碳化制备量当前大多处于毫克级，难于规模化宏量制备。
摆脱传统高温碳化方法，低温制备高效清晰分子结构催化剂，是解决瓶颈问题的关键。COP材料是通过共价键将有机构筑单元链接形成周期性明确结构的框架材料，组成元素丰富，结构设计性灵活，是理想的分子结构定制的材料平台。向中华课题组从源头上创新，提出 “非碳化”创制策略，基于导电COP材料，制备结构明确的催化剂，认识活性中心，揭示构效关系，为燃料电池关键催化剂材料提供新方案。
12月8日，中国粉体网旗下的粉体公开课平台将邀请北京化工大学化学工程学院向中华教授向大家就非碳化共价有机聚合物基能源催化材料与器件做相关报告。该报告重点介绍非碳化共价有机聚合物基能源催化材料与器件在燃料电池领域的研究成果：围绕燃料电池催化应用的导电COP材料化工制备，提出催化剂低温合成方法，结合过程强化手段，突破传统高温法难于可控定制合成的瓶颈，实现催化剂活性中心可控有序排列及燃料电池器件示范应用。
向中华教授简介
向中华，北京化工大学化学工程学院教授，博导；国家优青，北京市杰青基金获得者。2007年获湘潭大学学士学位；2013年获北京化工大学博士学位；2013~2014年在美国凯斯西储大学博士后；2014年至今在北京化工大学工作。主要从事分子能源材料的分子设计与工程制备。近年来在、《JACS》、《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Adv. Mater.》、《Science Advances》等SCI期刊发表论文70余篇。被《Science》等SCI他引4000余次。授权发明专利9件。获中国化工学会第九届侯德榜化工科技青年奖；教育部自然科学一等奖（2/4）；北京市高校优秀共产党员；2017年入选第三届中国科协青年人才托举工程。中国化工学会国际学术交流工作委员会委员；中国可再生能源学会氢能专业委员会委员；中国可再生能源学会青年工作委员会执行秘书长等。
参考资料：
郭佳宁等.非碳化共价有机聚合物材料用于氧还原催化
