在3D叶状金属有机框架纳米板阵列中使用金属节点工程来促进尿素辅助的天然海水电解
Ngoc Quang Tran1,2, Quang Manh Le1,2, Thuy Tien Nguyen Tran1,2
1Center for Innovative Materials and Architectures, Ho Chi Minh City 700000, Vietnam.
ACS applied materials & interfaces
|May 20, 2024
概括
这项研究在金属有机框架 (MOF) 中设计了混合金属节点,以增强海水分裂的电催化. 新型NH2-NiCoFe-MIL-101催化剂显示出优越的活性和稳定性,用于尿素辅助的天然海水电解.
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
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 金属有机框架 (MOF) 对电催化有前途,但往往患有电导率差.
- 通过金属节点工程优化MOF电子结构和组成对于高效的电化学反应至关重要.
- 混合金属节点如何影响MOF中的电催化活性的确切机制尚不清楚.
研究的目的:
- 研究混合金属节点对自然海水分裂的MOFs电催化性能的协同效应.
- 开发一种高度活性和稳定的双功能催化剂,用于用尿素辅助的海水电解.
- 阐明混合金属MOF中增强电催化活性背后的机制.
主要方法:
- 在Ni泡上合成三维混合金属MOF纳米板阵列 (NH2-NiCoFe-MIL-101).
- 在MOF结构的现场生长,均分布的Ni,Co和Fe金属氧化还原活性中心.
- 电化学表征,包括测量淡水和天然海水电解质中的氧进化反应 (OER) 和进化反应 (HER).
- 使用双电极电池评估用尿素辅助的性天然海水电解性能.
主要成果:
- 与淡水中的双金属和单金属对应物相比,NH2-NiCoFe-MIL-101催化剂显著增强了OER和HER活性.
- 双功能催化剂在天然海水基电解质中表现出极好的催化活性和稳定性.
- 使用NH2-NiCoFe-MIL-101的用尿素辅助性天然海水电解细胞需要较低的电位 (1.56V) 来达到100mA cm-2与传统性海水电解 (1.78V) 相比.
- 电极在80 mA cm-2的电流密度下保持了80小时的优越长期稳定性.
结论:
- 在MOF中混合金属节点工程,特别是NH2-NiCoFe-MIL-101中的协同效应,大大提高了海水分裂的电催化活性.
- 开发的MOF催化剂对尿素辅助的性天然海水电解具有高效和稳定性,为高效的气生产提供了有前途的途径.
- 这项工作为混合金属节点对电催化作用的机制提供了洞察力,并强调了先进的能量转换材料的可行策略.
