金属有机框架衍生混合 Co3O4-碳多孔纳米线阵列作为可逆氧演化电极
Tian Yi Ma1, Sheng Dai, Mietek Jaroniec
1School of Chemical Engineering, The University of Adelaide , Adelaide, South Australia 5005, Australia.
Journal of the American Chemical Society
|September 13, 2014
概括
我们开发了氧化物 (Co3O4) 和碳的新型混合多孔纳米线阵列,以实现高效的氧化演化反应. 这种先进的电极材料在性溶液中表现出卓越的活性和耐用性.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 高效的电催化剂对于燃料电池和金属空气电池等清洁能源技术至关重要.
- 为氧化演化反应 (OER) 开发具有成本效益和高性能的电催化剂仍然是一个重大挑战.
- 当前最先进的催化剂通常涉及贵金属或复杂的合成路径.
研究的目的:
- 合成和描述一种由氧化物 (Co3O4) 和碳组成的新型混合多孔纳米线阵列电极.
- 评估Co3O4-碳混合物材料在性介质中的氧演化反应 (OER) 的电催化性能.
- 研究这种材料在能源设备的可逆氧气电催化中的潜在应用.
主要方法:
- 在铜 (Cu) 薄膜上生长的金属有机框架的轻松碳化,以创建Co3O4-碳混合体多孔纳米线阵列.
- 在性溶液 (0.1M和1.0M KOH) 中使用循环电压测量和时测量等技术进行电化学表征.
- 分析材料特性,包括表面积 (BET) 和元素组成 (重量%碳).
主要成果:
- 合成的Co3O4-碳混合纳米线阵列表现出高表面积 (251 m2/g) 和显著的碳含量 (52.1 wt %).
- 电极直接运行,无需额外的基板或结合剂,OER的低启动电位为1.47V (相对于RHE).
- 在0.1M KOH中在1.52V下达到10.0mA/cm2的稳定电流密度,超过30小时以99.3%的法拉第效率.
- 与现有的贵金属/过渡金属和非金属催化剂相比,证明了优越的OER活性和耐用性.
- 该材料还有效催化氧降解反应 (ORR),表明可逆应用的潜力.
结论:
- 混合 Co3O4-碳多孔纳米线阵列为氧气演变反应提供了高度活跃和耐用的电极.
- 独特的纳米结构和现场碳合并通过增加表面积和改善传输特性来提高电催化性能.
- 这种材料在可充电金属空气电池和再生燃料电池中的应用是有前途的,因为它具有高效的可逆氧电催化.
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