Angew. Chem. Int. Ed. : 堿式碳酸鹽為模板的普魯士藍類似物制備及其強勁水氧化性能

【引言】

產氧反應(OER)是一個熱力學上坡反應(237 kJ·mol^-1)，涉及到多種高能中間體的參與。雖然貴金屬催化劑IrO₂和RuO₂具有良好的OER活性，儲量低以及高成本限制了其大規模的應用。就這一點來說，由儲量豐富元素組成的高效水氧化催化劑近年來受到特別關注。特別是金屬有機框架(MOFs)衍生催化劑體系，由于其活性位點數量增加，其電化學活性亦有提升。最近，普魯士藍衍生物(PBAs) 作為一類用于電池、超級電容器、氧還原反應等能源相關領域的新型材料，研究人員已進行了廣泛研究。雖然PBAs在電化學過程中的多功能性和穩定性已進行了研究，其在水氧化領域的應用卻寥寥無幾。

【成果簡介】

近日，韓國嶺南大學宋泰燮教授(通訊作者)等報道了一種以堿式碳酸鹽為模板的普魯士藍類似物(PBAs)的合成及其在堿性介質中良好的水氧化活性，并在Angew. Chem. Int. Ed.上發表了題為“Boosting Electrochemical Water Oxidation with Metal Hydroxide Carbonate Templated Prussian Blue Analogues”的研究論文。以堿式碳酸鈷為模板的t-Co^II-Co^III最優的水氧化活性為達到10 mA·cm^-2的電流密度時過電壓低至240 mV。在超過50 h的計時測量中仍能產生恒定電流。此外，上述催化劑活性優于無模板制備的PBAs甚至貴金屬催化劑RuO₂。光譜和微觀研究表明，PBAs在電化學過程中將轉化為層狀氫氧化物結構并提供水氧化的活性位點。

【圖文簡介】

圖1 材料制備過程示意圖

以堿式碳酸鹽為模板合成普魯士藍類似物以及堿性介質下電化學制氧過程中轉化為分層結構的示意圖。

圖2 催化劑的形貌

a) t-Co^II-Co^III的SEM圖像；

b) 單個立方體的TEM圖像

c) t-Co^II-Co^III的HRTEM圖像；

d) 相應的電子衍射圖像。

圖3 催化劑的電化學性能

1M KOH溶液中，t-Co^II-Co^III與其他催化劑的OER性能比較。(掃速2 mV·s^-1)

圖4 催化劑在電化學過程中的形態轉化

a) 超過50 h的計時測量后t-Co^II-Co^III的TEM圖像；

b) t-Co^II-Co^III的HRTEM圖像；

c) t-Co^II-Co^III的選區電子衍射圖像。

【小結】

研究人員報道了一種以堿式碳酸鹽為模板的普魯士藍類似物(PBAs)的合成及其在堿性介質中良好的水氧化活性。上述模板法為自支撐集成體系的構筑提供了所需的機械穩定性、電子電導率和高電化學表面積。催化劑達到10 mA·cm^-2的電流密度時過電壓低至240 mV。催化劑穩定性良好，在超過50 h的計時測量中仍能產生恒定電流。高電流密度、簡單的電子傳遞以及良好的制氧長期穩定性使模板化PBA路線適合實際應用。

文獻鏈接： Boosting Electrochemical Water Oxidation with Metal Hydroxide Carbonate Templated Prussian Blue Analogues?(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201710809)

本文由材料人編輯部新能源小組abc940504編譯整理，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065953”。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！