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Small Methods:双金属MOF衍生的FeCo-P/C纳米复合物用于高效氧气析出反应

针对利用双金属MOF合成高效OER催化剂存在的问题,日本产业技术综合研究所(AIST)-京都大学能源化学材料开放创新实验室徐强教授报道了双金属MOF衍生的FeCo-P/C纳米复合物用于高效氧气析出反应的重要进展。

近年来,氧气析出反应(OER)因为其在电解水,可充电金属-空气电池等反应中的重要作用而受到了极大的关注。传统的RuO2和IrO2催化剂由于价格昂贵,且Ru和Ir在地球上的储量有限而无法广泛应用。因此开发廉价高效的OER催化剂具有重要的意义。

Small Methods:双金属MOF衍生的FeCo-P/C纳米复合物用于高效氧气析出反应

金属有机骨架(MOF)是一种具有多孔性质的特殊材料。MOF可以作为合成金属纳米颗粒/碳复合物的前驱体。有很多MOF只需通过简单的高温碳化即可产生金属纳米颗粒/碳复合物,并作为催化剂用于OER等反应。ZIF-67是一种基于Co的MOF,被广泛的用做前驱体来制备各种电催化剂。相比之下,用双金属的FeCo-ZIF-67有望产生更多的活性组分,进而提升其电催化性能。然而传统的合成ZIF-67的方法并不能用于高产率的合成双金属FeCo-ZIF-67,这直接阻碍了合成其衍生的催化剂。

针对利用双金属MOF合成高效OER催化剂存在的问题,近日,日本产业技术综合研究所(AIST)-京都大学能源化学材料开放创新实验室徐强教授报道了双金属MOF衍生的FeCo-P/C纳米复合物用于高效氧气析出反应的重要进展。

Small Methods:双金属MOF衍生的FeCo-P/C纳米复合物用于高效氧气析出反应

由于有机相合成相应ZIF-67前驱体需要使用大量的有机溶剂甲醇,更加绿色环保的水相合成方法被采用。合成过程中通过加入氢氧化钠作为调控试剂,极大地提高了ZIF-67前驱体的产率。随后通过高温碳化和低温磷化反应便可获得FexCoy-P/C催化剂。值得注意的是,只需要简单的调节合成FeCo-ZIF-67 时加入的Fe/Co盐比例就可以获得不同Fe/Co比例的MOF及其衍生物。

结果证明,FeCo-P/C的OER性能和Fe/Co的比例有关。相比于单金属的Co-ZIF67,双金属FeCo-ZIF-67产生了更多的活性物质,比如Fe3C 和Fe2P等。电化学阻抗测试表明,Fe的引入可以大幅度提升电子传递效率,进而提升OER性能。该工作提供了一种简单有效的合成FeCo-P/C纳米复合物作为高效OER催化剂的方法。该催化剂展现出比商业化RuO2催化剂更好的OER催化性能,在将来有望取代RuO2。 这种制备双金属MOF的方法,也为大规模制备其它相关MOF衍生物提供了相应的基础。

相关研究成果发表于Small MethodsDOI:10.1002/smtd.201800214第一作者为日本产业技术综合研究所(AIST)-京都大学能源化学材料开放创新实验室的JSPS特别研究员洪卫博士。

 

文章链接:https://doi.org/10.1002/smtd.201800214

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