Chem. Eur. J. :多酸-金属有机骨架衍生多金属氧化物助力电解水产氧

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通过电解水制备氧气和氢气是实现转换和储存电能的最有前途的解决方案之一。但是这一反应的进程主要受到阳极反应(产氧)的制约,因为阳极涉及到质子耦合的四个电子的转移过程,因此经常表现出缓慢的反应动力学。开发廉价,高效以及稳定的阳极催化剂是科学家们共同面临的一大挑战。


德国美因茨大学的Carsten Streb教授课题组报道了一种通过酸刻蚀,离子交换和低温退火工艺将多酸掺杂的非晶二甲基咪唑钴转化为多金属氧化物。该材料在电催化产氧方面展示出有优异的催化性能和长时间的稳定性。



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开发有效的水氧化催化剂(OECs)对于提高间歇性从电能到可储存化学能源的转换效率至关重要。具体而言,二甲基咪唑钴(ZIF-67)显示出有序的孔隙率和高比表面积,使其成为掺入多酸(POM)的理想材料,可以同时引入可逆的多电子氧化还原行为。此外,在原生的ZIF-67中,大多数活性位点(即金属节点和嵌入的多酸离子)被限制在框架内部,使得反应所需OH-的进入有机框架从而接触活性位点和气态O2产物的释放变得困难,导致性能往往受到限制。另外,由于多酸和ZIF-67本身的导电性能较差,其电催化性能受到限制。最后,多酸在碱性溶液中不稳定,大多数多酸在pH>8时会自发降解。同样地,ZIF-67在碱性介质的电化学条件下也容易降解,从而原始框架崩溃并失去其孔隙度。


为此,Carsten Streb教授 课题组报道了一种通过酸刻蚀,离子交换和低温退火将多酸掺杂的非晶二甲基咪唑钴转化为多金属氧化物的合成工艺,最终得到负载到碳材料的多金属氧化物复合材料。他们考察了该复合材料在碱性(1M的KOH水溶液)介质中的电催化水氧化性能。结果显示该材料具有优异的电催化性能,在10 mA·cm-2对应的电流密度下仅需306 mV的过电势。其次,该材料也展示出长时间的稳定性。因此,该研究也为将来设计和开发新的电解水制氧催化剂提供了一条新的路径。

文信息

.POM@ZIF derived mixed metal oxide catalysts for sustained electrocatalytic oxygen evolution

Y. Zhao, D. Gao, S Liu, J. Biskupek, U. Kaiser, R. Liu, C. Streb


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202203220




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