Adv. Funct. Mater：用于增強水氧化催化的2D雙金屬-有機框架

【引言】

鑒于全球變暖和環境危機的日益加劇，迫切需要利用清潔和可持續的物質（例如，太陽能，風能）轉化為化石燃料，這可以通過開發具有低成本和高效的能源轉換和存儲技術來解決。關于電化學水分解和金屬-空氣電池，析氧反應（OER）無疑被認為是這些應用的關鍵過程之一。金屬有機框架（MOFs）和MOF衍生的納米結構最近正在成為電催化應用的有前景的催化劑。

【成果簡介】

近日，南京工業大學朱紀欣、伍倫貢大學Wenping Sun（共同通訊）等人用Fe-MOF納米粒子修飾的2D MOFs納米片作為水性氧化催化劑在堿性介質中進行合成和評價。通過將電化學惰性的Fe-MOF納米顆粒引入到活性二維MOFs納米片上，可以顯著提高催化活性。在活性Ni-MOF納米片（Ni-MOF@Fe-MOF）的情況下，過電位為265mV，以在1m KOH中達到10mA cm^-2的電流密度。活性NiCo-MOF納米片也有類似的性能改善。研究發現，NiO納米晶粒（≈5nm）在氧氣析出反應（OER）過程中原位形成，并作為OER活性中心以及多孔納米片催化劑的構建模塊。這些發現為理解用于水氧化催化的基于MOF的催化劑提供了新的見解，并且也闡明了設計用于電催化的高效MOF衍生的納米結構。

【圖文導讀】

圖1 雜化納米片合成

a）合成Ni-MOF@Fe-MOF雜化納米片的示意圖

b）Ni-MOF和c）Ni-MOF@Fe-MOF雜化物的TEM圖像

d）Ni-MOF和Ni-MOF@Fe-MOF雜化物的XRD圖譜、

e）Ni-MOF@Fe-MOF雜化物的HAADF-STEM圖像和相應EDS元素映射圖像

圖2 XPS光譜

a）測量光譜

b）Ni 2p

c）Fe 2p

d）O 1s

圖3 顯微分析

a,b) 在OER測試20個CV循環后Ni-MOF@Fe-MOF雜化物的a）TEM和b）HRTEM圖像

c）50個循環后Ni-MOF@Fe-MOF雜化體的HRTEM圖像

d）20個CV循環后Fe-MOF的HRTEM圖像

【總結】

該研究合成了用Fe-MOF納米粒子修飾的混合Ni基MOFs納米片。通過將電化學惰性Fe-MOF納米顆粒引入到活性2D MOFs納米片上，實現了對水氧化催化活性的顯著增強。這項工作為水氧化催化提供了新的見解，并且為開發用于電催化的高效MOF衍生的納米結構開辟了新的途徑。

文獻鏈接：Hybrid 2D Dual‐Metal–Organic Frameworks for Enhanced Water Oxidation Catalysis（Adv. Funct. Mater., 2018, DOI:10.1002/adfm.201801554）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料人整理編輯。

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