镍基金属有机骨架及其衍生物的电催化析氧性能

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氢气由于具有高的能量密度、较大的热值以及在使用时零排放全球变暖气体的优点,是一种对环境零污染、可代替化石能源的主要选择。当前较为理想且有望自动化的方法是利用电化学的方式将水分解为氧气和氢气。但当前所用贵金属电催化剂储备少、造价高,从而限制了其在工业大规模的使用。具有多孔性和大比表面积等优点的金属-有机骨架(MOF),在诸如催化、吸附等领域被广泛研究。本研究采用溶剂热法,将含有过渡金属掺杂的(Fe、Co、Mn)Ni基MOF原位生长在泡沫镍(NF)表面。其中,呈鳞片状的NiCo-MOF/NF的性能最佳,在1 M KOH条件下,达到50 mA·cm-2的电流密度所需的过电势为370 m V。为制备OER性能更优异的电催化剂,对NiCo-MOF/NF材料采取了如下优化方案:(1)通过热处理的方法,以NiCo-MOF/NF为自牺牲模板,在500℃的氮气氛围下,成功地在NF表面制备出以石墨碳支撑的Ni、Co双金属颗粒(NiCo-C/NF)的复合材料。经过热处理优化后,在1 M KOH条件下,NiCo-C/NF达到50 mA·cm-2的电流密度所需的过电势为340 m V。(2)通过一步溶剂热的合成方法,在NF表面上原位生长含硫元素掺杂的Ni、Co双金属离子的3D纳米花状金属有机骨架(NiCo S-MOF/NF),在1 M KOH条件下,仅仅只用247 m V的过电势即可达到100 mA·cm-2的电流密度。
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