徐强Nano Letters:具有中空球形超结构的碳纳米片用于双功能电催化ORR与OER
Nanoyu Nanoyu 2021-04-14


金属有机骨架(MOFs)的热解是合成具有独特形貌的碳基材料的一种巧妙策略可用于包括电催化在内的各种应用。

近日,日本京都大学徐强教授报道了一种简便的形貌调节策略,用于合成具有球形超结构的MOF纳米片,并将其应用于ORR/OER双功能电催化剂。

文章要点

1研究人员首先将Zn颗粒浸泡在Fe、Co和Ni硝酸盐的水溶液中10分钟,用于获得FeCoNi−OH/Zn。将FeCoNi−OH/Zn在2-甲基咪唑(2MeIM)溶液中室温浸泡1 h。在这一温和的转变过程中,2-甲基咪唑逐渐取代了氢氧化物中的OH-离子,与金属离子形成了MOF骨架材料(FeCoNi-ZIF/Zn),而纳米片层形貌保持不变。最后,在Ar气氛的保护下,FeCoNi-ZIF/Zn在950 ℃下热解。在这个过程中,Zn颗粒被蒸发,MOF纳米片被分解成修饰有金属基纳米颗粒的碳纳米片(FeCoNi/HCS)。

2由MOF纳米片衍生而来的FeCoNi/HCS构建了丰富的介孔作为氧电催化的三相反应区。由碳纳米片组装而成的空心球形结构则提供了便于气体传输的大孔。具有合金/氧化物界面的金属基纳米颗粒对ORR和OER具有极高的本征活性,这些纳米颗粒均匀分布在碳纳米片上,使它们在电催化过程中完全暴露在反应物中。实验结果显示,具有球形超结构的FeCoNi/HCS具有较高的ORR/OER双功能电催化活性,较低的ORR和OER过电位,是一种性能优良的锌−空气电池空气电极电催化剂。

这项工作有望为MOF及其衍生材料的形貌设计提供一条新的途径。

 

参考文献

Hao-Fan Wang, et al, Hollow Spherical Superstructure of Carbon Nanosheets for Bifunctional Oxygen Reduction and Evolution Electrocatalysis, Nano Lett., 2021

DOI:10.1021/acs.nanolett.1c00757

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00757


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