如何有效地制备低成本的电催化剂以进行有效的放氧反应(OER)仍然是一个巨大的挑战。
有鉴于此,中科院福建物构所洪茂椿院士,张林杰,陈其辉报道了一种新的策略,可将MOF块超快转变为超薄金属羟基氧化物纳米片以实现有效的OER。
文章要点
1)通过H2BTTA配体分别与Fe团簇或Co掺杂的Fe团簇反应,制备了两种化学稳定性不同的异构MOF(FJI-H25Fe和FJI-H25FeCo)。电场协助的亚稳FeCo-MOF(FJI-H25FeCo)水解将立即生成厚度为3 nm的FeCo-羟基氧化物(FeCo-MOF-EH)纳米片,而更稳定的Fe-MOF(FJI-H25Fe)体积只会导致相同处理条件下的水解产物(FeMOF-EH)嵌段。
2)进一步的研究表明,纳米片的形成应来自以下两个关键过程:(1)碱诱导的亚稳态FeCo-MOF块水解成水解产物块(FeCo-MOF-H),其中Co部分取代使FeCoMOF在碱性条件下易于水解;(2)电场驱动的FeCo-MOF-H团块重组为FeCo-MOF-EH纳米片,其中团块内部的各种带电分子(OH-阴离子,BTTA2-分子,带电的Co络合物)的协同转移将破坏团块沿团块电场方向和H2BTTA配体可以直接回收再利用。
3)在Ni泡沫上原位制备的FeCo-MOF-EH纳米片表现出出色的OER性能,在10 mA cm-2的电流密度下显示极低的231 mV过电势,相对较小的Tafel斜率42 mV dec-1, Cdl值非常大,为105.8 mF cm-2,同时具有超过30 h的长期耐久性。
这项工作不仅为超快速,简便地制备低成本高效的OER电催化剂提供了新的策略而且提供了一种制备具有良好结晶度和形态的金属羟基氧化物纳米片的新方法,以及一种从MOF材料温和合成纳米级衍生物的新途径。
Jiayue Tian, et al, Electric-field assisted in-situ hydrolysis of metal-organic
framework bulk into ultrathin metal oxyhydroxide nanosheets for efficient oxygen evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI:10.1002/anie.202004420
https://doi.org/10.1002/anie.202004420