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二維納米限制策略增強(qiáng)了析氧性能

導(dǎo)讀 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所張濤教授課題組與浙江大學(xué)侯陽教授和大連化學(xué)物理研究所肖建平教授合作CAS提出了一種新穎的二維(2D)納

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所張濤教授課題組與浙江大學(xué)侯陽教授和大連化學(xué)物理研究所肖建平教授合作CAS提出了一種新穎的二維(2D)納米限制策略,以強(qiáng)烈增強(qiáng)低電導(dǎo)率金屬有機(jī)框架(MOF)的析氧反應(yīng)(OER)活性。結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》上。

幾十年來,開發(fā)用于電化學(xué)轉(zhuǎn)化水以產(chǎn)生環(huán)境友好和可持續(xù)的氫能的高效電催化劑已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。

盡管OER在水分解中起著至關(guān)重要的作用,但陽極上的OER需要相對較高的熱力學(xué)勢來加速水分解動力學(xué)。由于表面積大、孔隙率可調(diào)、成分多樣和金屬中心,MOFs已成為高效OER電催化劑的有希望的候選者。然而,大多數(shù)MOF本身較差的導(dǎo)電性嚴(yán)重阻礙了它們的催化活性。

為了解決這個問題,NIMTE的研究人員提出了一種電化學(xué)策略,通過雙電極電化學(xué)系統(tǒng)將MOFs限制在石墨烯多層之間,從而使導(dǎo)電性差的MOFs具有顯著增強(qiáng)的催化性能。

所制備的NiFe-MOF//G顯示出非常低的106mV過電勢,達(dá)到10mAcm-2,超過了原始的NiFe-MOF以及其他先前報道的MOF及其衍生物。此外,NiFe-MOF//G電極高度穩(wěn)定,在10mAcm-2下可保持150h以上的性能而沒有明顯的活性衰減。

值得注意的是,X射線吸收光譜實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算的結(jié)果表明,石墨烯多層的納米限制優(yōu)化了MOF材料的電子結(jié)構(gòu)和催化中心,在MOF中形成了高反應(yīng)性的NiO6-FeO5扭曲八面體物質(zhì)。結(jié)構(gòu)體。此外,納米限制降低了水氧化反應(yīng)的極限電位。

納米限制策略可以應(yīng)用于其他不同結(jié)構(gòu)的MOFs,大大提高了它們的電催化活性。同時,這項(xiàng)工作挑戰(zhàn)了原始MOFs作為惰性催化劑的普遍概念,并揭示了導(dǎo)電性差甚至絕緣MOFs在電催化應(yīng)用中的巨大應(yīng)用潛力。

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