ACS Energy Lett. 封面 | MOF衍生出的二维材料在电催化中的应用

【引言】

由于具有更多的活性位点和更短的反应物/产物扩散路径，二维材料近年来在点催化领域得到越来越多的应用。但目前二维材料的制备主要局限于水热合成及液相剥离。此类方法往往具有明显的缺陷：例如水热不易控制材料的厚度，而液相剥离不仅产率较低而且操作过程经常会使用到对人体有害的化学试剂。纳米尺度的晶界缺陷工程能够显著提高纳米电催化剂在OER、CO2还原等反应中的催化活性。因此，理论上，在二维材料内引入纳米尺度的晶界缺陷可以进一步提高二维材料的电催化性能。然而，目前主要使用锂离子电化学调控的方法来破坏晶粒得到纳米多晶材料。因此，在制备方法上尚有一些困难需要克服。

【成果简介】

美国爱荷华州立大学的科研工作者在ACS Energy Letters上，发表了题为“Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced Oxygen Evolution Catalysts”的研究论文，并被选为期刊封面。该工作主要以室温合成Co-MOF阵列为前驱体，通过室温条件下乙醇溶液体系对MOF进行破坏/重组，得到纳米尺度的多晶二维材料的三维网络结构。碱性条件下该材料表现出优异的OER活性和稳定性。该工作同时也对Co-MOF的生长及二维材料的形成机理进行了探讨。

【图文导读】

Scheme 1. 室温条件下Co-MOF的合成路径及多晶二维材料的生成示意图。

Figure 1. Co-MOF 及生成的Co(OH)₂二维材料的结构/成分表征。

Figure 2. 纳米多晶的Co(OH)₂二维材料的高倍HAADF-STEM图。

Figure 3. 纳米多晶的Co(OH)₂二维材料在1M KOH中的性能测试及对比图。

Figure 4. 在纯化的KOH, 未纯化的KOH, 及含2mM Fe的KOH中的OER性能测试对比。结果表明Fe杂质的引入能够显著增强Co/Ni OER催化剂的活性。

Figure 5. 通过改变乙醇腐蚀体系的化学成分，最终得到的二维材料的化学成分得到了调控。材料及化学成分表征表明得到的依旧是纳米多晶的二维材料。

【小结】

该工作提出了室温条件下以合成的Co-MOF为前驱体来制备纳米多晶二维材料网络的新方法，并详细讨论了各个化学反应中的机理。该方法操作简单，所有过程均在室温条件下完成，为大规模制备二维材料及能源转换和存储领域的发展提供了新的思路。

文献链接：

Zhang, Bowei, Zhiyuan Qi, Zishan Wu, Yu Hui Lui, Tae-hoon Kim, Xiaohui Tang, Lin Zhou, Wenyu Huang, and Shan Hu. "Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced Oxygen Evolution Catalysts." ACS Energy Letters 2019, 4, 328-336.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.8b02343

本文由美国爱荷华州立大学供稿，编辑部编辑。

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