ACS Energy Lett. 封面 |?MOF衍生出的二維材料在電催化中的應用

【引言】

由于具有更多的活性位點和更短的反應物/產物擴散路徑，二維材料近年來在點催化領域得到越來越多的應用。但目前二維材料的制備主要局限于水熱合成及液相剝離。此類方法往往具有明顯的缺陷：例如水熱不易控制材料的厚度，而液相剝離不僅產率較低而且操作過程經常會使用到對人體有害的化學試劑。納米尺度的晶界缺陷工程能夠顯著提高納米電催化劑在OER、CO2還原等反應中的催化活性。因此，理論上，在二維材料內引入納米尺度的晶界缺陷可以進一步提高二維材料的電催化性能。然而，目前主要使用鋰離子電化學調控的方法來破壞晶粒得到納米多晶材料。因此，在制備方法上尚有一些困難需要克服。

【成果簡介】

美國愛荷華州立大學的科研工作者在ACS?Energy?Letters上，發表了題為“Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced Oxygen Evolution Catalysts”的研究論文，并被選為期刊封面。該工作主要以室溫合成Co-MOF陣列為前驅體，通過室溫條件下乙醇溶液體系對MOF進行破壞/重組，得到納米尺度的多晶二維材料的三維網絡結構。堿性條件下該材料表現出優異的OER活性和穩定性。該工作同時也對Co-MOF的生長及二維材料的形成機理進行了探討。

【圖文導讀】

Scheme 1. 室溫條件下Co-MOF的合成路徑及多晶二維材料的生成示意圖。

Figure 1. Co-MOF 及生成的Co(OH)₂二維材料的結構/成分表征。

Figure 2. 納米多晶的Co(OH)₂二維材料的高倍HAADF-STEM圖。

Figure 3. 納米多晶的Co(OH)₂二維材料在1M?KOH中的性能測試及對比圖。

Figure 4. 在純化的KOH, 未純化的KOH, 及含2mM?Fe的KOH中的OER性能測試對比。結果表明Fe雜質的引入能夠顯著增強Co/Ni OER催化劑的活性。

Figure?5. 通過改變乙醇腐蝕體系的化學成分，最終得到的二維材料的化學成分得到了調控。材料及化學成分表征表明得到的依舊是納米多晶的二維材料。

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【小結】

該工作提出了室溫條件下以合成的Co-MOF為前驅體來制備納米多晶二維材料網絡的新方法，并詳細討論了各個化學反應中的機理。該方法操作簡單，所有過程均在室溫條件下完成，為大規模制備二維材料及能源轉換和存儲領域的發展提供了新的思路。

文獻鏈接：

Zhang, Bowei, Zhiyuan Qi, Zishan Wu, Yu Hui Lui, Tae-hoon Kim, Xiaohui Tang, Lin Zhou, Wenyu Huang, and Shan Hu. "Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced Oxygen Evolution Catalysts." ACS Energy Letters?2019, 4, 328-336.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.8b02343

本文由美國愛荷華州立大學供稿，編輯部編輯。

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