開發(fā)高效的氧電催化劑并揭示其潛在的催化機理對高性能能量轉換和儲能技術具有重要意義。
近日，新加坡南洋理工大學樓雄文教授報道了報道了一種，它通過連續(xù)的陽離子和配體交換策略制備出一種新型的CoCu基雙金屬-有機骨架納米盒(CoCu-MOF NBs)，作為一種極有前途的析氧反應（OER）電催化劑。
本文要點
要點1. 研究人員使用尺寸約1.5 μm的Co基沸石咪唑骨架納米立方體（ZIF-67 NCs）作為起始材料。通過化學腐蝕的方法，首先從初始的ZIF-67 NCs中制備了單寧酸(TA)螯合鈷配合物納米盒（TA-Co NBs），該納米盒具有相對光滑的表面。然后，在Cu2+離子溶液中通過陽離子交換過程將得到的TA-Co NBs轉變?yōu)?/span>Cu改性的TA-Co NBs（TA-CoCu NBs），其中TA-Co NBs的部分Co位被Cu原子取代。隨后，TA-CoCu NBs通過配體交換過程被轉化為最終的CoCu-MOF NBs。
要點2. 得益于高度暴露的雙金屬中心和精心設計的結構，CoCu-MOF NBs表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性和穩(wěn)定性，在電流密度為10 mA cm-2時的過電位僅為271 mV，在300 mV的過電位下的周轉頻率為0.326 s-1。
要點3. 結合準原位X射線吸收精細結構譜和密度泛函理論（DFT）計算，研究人員認為在OER過程中形成的CoCu基羥基氧化物類似物是CoCu-MOF NBs具有較高OER活性的原因，其中Co與相鄰Cu原子之間的電子協(xié)同作用促進了O-O鍵耦合，以實現(xiàn)快速的OER動力學。
這些發(fā)現(xiàn)可以為合理設計和合成面向能源相關應用的高效氧電催化劑提供一些新的見解。
Weiren Cheng, et al, Synergetic Cobalt-Copper-Based Bimetal-Organic Framework Nanoboxes toward Efficient Electrochemical Oxygen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112775
https://doi.org/10.1002/anie.202112775
