中國(guó)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(yáng)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(lái)，開(kāi)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(yáng)極上的OER需要相對(duì)較高的熱力學(xué)勢(shì)來(lái)加速水分解動(dòng)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(gè)問(wèn)題，NIMTE的研究人員提出了一種電化學(xué)策略，通過(guò)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(guò)電勢(shì)，達(dá)到10mAcm-2，超過(guò)了原始的NiFe-MOF以及其他先前報(bào)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(méi)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(shí)，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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