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AFM:界面Co-O-Ti橋調節MOF電子結構,用于高效pH通用HER

本文采用原位生長法合成了一種由MXene和CoBDC (CoBDC/MXene)組成的2D/2D異質結構電催化劑。

AFM:界面Co-O-Ti橋調節MOF電子結構,用于高效pH通用HER
催化水分解是一種有效的綠色制氫方法。鉑基催化劑由于其優異的催化性能,被普遍認為是最有效的析氫反應電催化劑。然而,鉑基材料的稀缺性和高成本限制了其大規模的實際應用。此外,大多數HER催化劑只能在酸性或堿性條件下工作,難以適應水電解過程中電解質濃度的變化。因此,合理設計非貴金屬電催化劑用于pH通用的HER催化劑對于電催化析氫反應的實際應用具有重要意義。
近日,南京航空航天大學彭生杰李林林嘉興學院李雷等采用原位生長法合成了一種由MXene和CoBDC (CoBDC/MXene)組成的2D/2D異質結構電催化劑。
AFM:界面Co-O-Ti橋調節MOF電子結構,用于高效pH通用HER
AFM:界面Co-O-Ti橋調節MOF電子結構,用于高效pH通用HER
CoBDC/MXene催化劑由于具有獨特的2D/2D層狀片狀結構,不僅暴露出豐富的活性中心,而且保持了優良的結構穩定性。此外,Co-O-Ti橋的形成有效地促進了界面相互作用,電子通過O原子從Co位向Ti位的轉移可以調節活性中心的電荷分布,最終促進HER反應。更重要的是,通過Co-O-Ti橋誘導d帶中心的下移并操縱活性中心的電子狀態脫局域化可以優化H*中間體的吸附和解吸,從而降低HER反應過程的能壘。
AFM:界面Co-O-Ti橋調節MOF電子結構,用于高效pH通用HER
因此,CoBDC/MXene催化劑在堿性、酸性和中性電解質中電流密度為10 mA cm-2時的過電位分別為29 mV、41 mV和76 mV;CoBDC/MXene催化劑還具有優異的穩定性,其在堿性、酸性和中性電解質中能夠連續工作達50個小時,并且反應后催化劑的形貌幾乎保持不變。
該研究為電催化劑的結構-活性關系分析提供了理論依據,并為合理設計高性能的可持續制氫催化劑提供了理論指導。
Electronic Modulation of Metal-Organic Frameworks by Interfacial Bridging for Efficient pH-Universal Hydrogen Evolution. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210322

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