开发高效的氧电催化剂并揭示其潜在的催化机理对高性能能量转换和储能技术具有重要意义。
近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授报道了报道了一种，它通过连续的阳离子和配体交换策略制备出一种新型的CoCu基双金属-有机骨架纳米盒(CoCu-MOF NBs)，作为一种极有前途的析氧反应（OER）电催化剂。
文章要点
1）研究人员使用尺寸约1.5 µm的Co基沸石咪唑骨架纳米立方体（ZIF-67 NCs）作为起始材料。通过化学腐蚀的方法，首先从初始的ZIF-67 NCs中制备了单宁酸(TA)螯合钴配合物纳米盒（TA-Co NBs），该纳米盒具有相对光滑的表面。然后，在Cu2+离子溶液中通过阳离子交换过程将得到的TA-Co NBs转变为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。随后，TA-CoCu NBs通过配体交换过程被转化为最终的CoCu-MOF NBs。
2）得益于高度暴露的双金属中心和精心设计的结构，CoCu-MOF NBs表现出优异的OER活性和稳定性，在电流密度为10 mA cm-2时的过电位仅为271 mV，在300 mV的过电位下的周转频率为0.326 s-1。
3）结合准原位X射线吸收精细结构谱和密度泛函理论（DFT）计算，研究人员认为在OER过程中形成的CoCu基羟基氧化物类似物是CoCu-MOF NBs具有较高OER活性的原因，其中Co与相邻Cu原子之间的电子协同作用促进了O-O键耦合，以实现快速的OER动力学。
这些发现可以为合理设计和合成面向能源相关应用的高效氧电催化剂提供一些新的见解。
参考文献
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
