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陕西师范大学翟全国等人AM:导电分层多孔MOF/LDH异质纳米管阵列用于催化水分解

发表时间:2021-03-02 09:44

氢气已被视为可以替代传统化石燃料的清洁能源载体,电化学催化水分解是生产氢气燃料的一种很有前景的方法。迄今为止,科研人员为开发用于析氧反应(OER)的高效,廉价和稳定的无贵金属电催化剂做出了巨大的努力。然而,对于制备高效的非贵金属分解水电催化剂,仍然需要新型的材料设计和策略。金属有机框架材料(MOFs)因具有均一的活性金属节点分布,和广泛的多样性孔道,可以作为高效电催化剂的通用平台。但是,由于界面能量和成核动力学的不同,将MOFs缀合到不同的多组分材料中以精准获得对齐的异质结构的过程令人着迷,同时却又捉摸不透。


图1:cMOF/LDH异质纳米管阵列合成及生长示意图


鉴于此,近日,陕西师范大学翟全国与澳大利亚新南威尔士大学赵川等人合作开发了一种高度有序的分层多孔结构的导电MOF/层状双氢氧化物(cMOF/LDH)异质纳米管阵列。研究人员通过将CoNiFe-LDH纳米线用作内部模板,嵌入cMOF的同时并匹配两个晶格系统以此来设计界面,使得cMOF/LDH异质结构沿LDH纳米线进行生长。通过连续调节相变程度,最终了一类分层的多孔,相貌均一的cMOF/LDH异质纳米管阵列。


图2:各项材料形貌及元素表征


研究结果显示,cMOF和LDH组分的协同作用显著促进了异质纳米管阵列的化学和电子结构及其表面的电活性。经过优化的异质纳米管阵列具有优异的OER活性,过电位为216和227 mV下,可提供50和100 mA cm-2的电流密度,塔菲尔斜率为34.1 mV dec-1,是当时具有催化OER反应**性能的MOF与非贵金属催化材料。该项工作不仅论证了一种有前景的晶格匹配生长策略,从而能够实现超高效的OER反应,使这种cMOF/LDH异质纳米管阵列成为实际电解水应用中很有希望的材料。


图3:各项材料性能测试


该工作的研究策略为快速制备多组分电催化剂提供了可能性,同时制备的催化剂具有高度有序的二维/一维交杂纳米结构,具有可扩展的功能,有望用于能量转换和其它方面。相关研究成果发表在国际**材料期刊《Advanced Materials》上,题为“Lattice Matching Growth of Conductive Hierarchical Porous MOF/LDH Heteronanotube Arrays for Highly Efficient Water Oxidation”。


文献链接:

https://doi.org/10.1002/adma.202006351


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