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ChemSusChem:MOF-on-MOF异质结构上的不同生长行为促进析氧反应2023-02-28
温州大学钱金杰副教授课题组在ChemSusChem期刊发文对不同极性溶剂对普鲁士蓝类似物(PBAs)在MOF前驱体上的生长行为影响进行探讨,文章重点研究了PBAs在水溶剂中的生长方式,并将其得到的MOF-on-MOF材料在高温碳化后用于高效析氧反应(OER)。

 

 

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金属-有机框架材料(MOFs)是由金属离子和有机配体通过配位键组成的一类多孔配位聚合物。MOFs及其衍生物具有孔隙率高、比表面积大、结构多样可控等特点,在多相催化、能量转换和存储、气体分离中都有着广泛的应用。其中普鲁士蓝类似物(PBAs)作为一种典型的MOF材料,由于其独特的结构稳定性和金属阳离子的可调性,被认为是很有前途的电催化材料。

MOF-on-MOF材料是一种基于不同结构和形貌的MOF单元组装成的同质或异质结构的纳米复合材料。合理设计和简便合成复杂的多级MOF异质结构是近年来化学和材料科学领域的研究热点之一。与单一MOF材料相比,MOF-on-MOF复合材料具有前所未有的可调性和多层次化纳米结构。因此充分利用多种MOFs之间的协同效应,能够极大程度地拓宽MOFs材料的应用范围以及价值。

温州大学钱金杰课题组通过调控溶剂的极性制备出新颖的MOF-on-MOF异质结构(FeNi-PBA)。此项工作以条状的Ni-ABDC为前驱体,在不同极性溶剂中加入铁氰化钾和Ni-ABDC。对于极性较高的溶剂(水和甲醇),PBA优先生长在Ni-ABDC前驱体的表面上;而对于极性较低的溶剂(乙醇和正丙醇),PBA将选择性地生长在Ni-ABDC的侧面,从而得到了两种类型的MOF-on-MOF异质结构(FeNi-PBA-plane和FeNi-PBA-edge)。经过高温碳化得到一系列MOF-on-MOF衍生碳纳米复合材料,并应用于析氧反应(OER)中。在电流密度达10 mA cm-2时,优化后的FeNi-NC-800催化剂表现出最低的过电位(281 mV)和最小的塔菲尔斜率(82 mV dec-1)。这种双金属-碳复合材料显示出比对照材料更好的OER活性和稳定性,可归因于其丰富的FeNi纳米颗粒、高氮含量、大比表面积以及FeNi原子之间的协同作用。此外,在确定OER过程中的活性组分为Ni基氢氧化物(NiOOH)后,相关的理论计算也进一步证明,在NiOOH中掺入Fe元素能够有效地提升材料的电催化OER性能。本研究工作为MOF-on-MOF在不同极性溶剂中可控生长提供了新思路,并为其在OER电催化反应中的研究开辟了新的道路。

文信息

Different Growth Behavior of MOF-on-MOF Heterostructures to Enhance Oxygen Evolution

Lujiao Mao, Dandan Chen, Yuanyuan Guo, Cheng Han, Dr. Xuemei Zhou, Prof. Zhi Yang, Prof. Shaoming Huang, Prof. Jinjie Qian

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202201947