基于异原子的金属有机框架的基工程,用于高效和强大的电化学氧化水
Hong-Yi Tan1, Bing-Hao Wang1, Meng-Yi Xu1
1College of Chemistry and Chemical Engineering, State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics, Ministry of Education of Advanced Engineering Research Center for Catalysis, Hunan University, Changsha, 410082, P. R. China.
在金属有机框架 (MOF) 中的连接体工程增强了电化学氧演化反应 (OER) 催化. 基联体 (NiFe-FDC/NF) 对OER表现出卓越的性能和稳定性,提供了一个新的设计策略.
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) 是氧化演化反应 (OER) 的高效催化剂.
- 干工程对于优化MOF催化剂性能至关重要.
- 在MOF配体中纳入异质原子可以调整电子属性,以改善催化.
研究的目的:
- 调查体中基于异构原子的芳香环对OER的NiFe-MOF性能的影响.
- 为了合成和表征NiFe-MOFs,使用1,4-甲酸 (BDC),2,4-thiophene二碳酸 (TDC) 和2,5-furandicarboxylic acid (FDC) 连接物.
- 评估这些MOF在OER中的催化活性和稳定性.
主要方法:
- 使用BDC,TDC和FDC连接物合成NiFe-MOF.
- OER性能的电化学表征,包括超电位和电流密度.
- 对最有前途的催化剂进行长期稳定性测试.
- 现场红外光谱学用于研究运行过程中的结构变化.
- 在延长的OER运行期间监测金属化.
主要成果:
- 与体中含有硫 (TDC) 和氧 (FDC) 异质原子的NiFe-MOF与BDC相比,显示出更好的OER性能.
- NiFe-FDC/NF催化剂在10mA·cm-2.2时达到189mV的超电位.
- NiFe-FDC/NF表现出了显著的稳定性,在1 A·cm-2下运行超过1300小时,结构重建最小.
- 经过长达3600小时的测试,证实了催化剂的稳定性,并监测了金属化.
结论:
- 将电子负 S 和 O 原子纳入 MOF 配体,可增强 OER 的金属氧共价性和电荷转移动力学.
- 基联体 (FDC) 为OER设计高度活跃和稳定的MOF催化剂提供了一个有前途的途径.
- NiFe-FDC/NF催化剂代表了基于MOF的OER催化剂的重大进步,具有实际应用的潜力.
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