一个导电的3D双金属 π-d合金属有机框架Fe3(HITP)2/bpm@Co用于高效的氧气进化反应反应
Lingtong Lin1, Caiyun Zhang1, Liwen Yin1
1State Key Lab of Crystal Materials, Shandong University, Shandong, 250100, P. R. China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|December 22, 2023
概括
研究人员开发了一个3D金属有机框架 (MOF),通过将bpm配体和CO2+纳入2DMOF. 这种新的3DMOF显示了显著增强的表面积和在氧演化反应 (OER) 中的出色性能,为电催化提供了一个有前途的替代方案.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 2D π-d 合金属有机框架 (MOF) 具有高导电性,但由于层叠加,其表面积较低,质量转移较差.
- 开发具有改善表面积和导电性的先进材料对于高效的电催化是至关重要的.
研究的目的:
- 通过修改二维MOF结构来合成一种新的3D导电MOF.
- 研究新的3DMOF的结构,电子和电催化性能.
- 探索3D MOFs作为氧化演化反应 (OER) 的高效电催化剂的潜力.
主要方法:
- 3D MOF (Fe3(HITP)2/bpm@Co) 的合成,通过将 bpm 连接体和 Co2+ 插入 2D MOF (Fe3(HITP) 的中间层2).
- 使用BET分析对3DMOF的特定表面积进行表征.
- 实验和密度函数理论 (DFT) 计算以确定电子特性和催化机制.
- 电化学测试以评估OER性能,包括超电位和Tafel斜率.
主要成果:
- 与2D Fe3 ((HITP) 2 (37.23 m2 g-1) 相比,3D Fe3 ((HITP) 2) /bpm@Co的特异面积显著增加 (373.82 m2 g-1).与2D Fe3 ((HITP) 2) (37.23 m2 g-1) 相比,Fe3 ((HITP) 2) 的特异面积显著增加 (373.82 m2 g-1).
- 实验和DFT研究证实了3DMOF的金属行为,增强了其电催化活性.
- 3D Fe3 ((HITP) 2/bpm@Co表现出突出而稳定的OER性能,其超电位为299 mV,相比RHE在10 mA cm-2和Tafel斜率为37.14 mV dec-1,优于2D MOF并匹配商业的IrO2.
- DFT的计算表明,Fe和Co位点的协同效应对增强的电催化活性负责.
结论:
- 导电性3DMOF (Fe3(HITP) 2/bpm@Co) 的成功合成解决了2DMOFs的局限性.
- 由于其增强的表面积,金属导电性和协同的Fe-Co活性位点,3D MOF表现出卓越的OER性能.
- 这项工作提出了一个可行的策略,用于设计先进的3DMOF作为高效的电催化剂.
