来源:Frontiers in Energy 发布时间:2024/3/28 12:21:04
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FIE | Research Article:二维双金属含硒金属有机骨架及其焙烧衍生物作为全水分解电催化剂的研究

论文标题:Two-dimensional bimetallic selenium-containing metal-organic frameworks and their calcinated derivatives as electrocatalysts for overall water splitting

期刊:Frontiers in Energy

作者:Zhao-ting SHANG, Tang-ming LI, Bing-qian HU, Min LIU, Wang-ting LU, Fan YU, Yun ZHENG

发表时间:29 Feb 2024

DOI:10.1007/s11708-024-0924-x

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主要内容

利用二维层状金属有机骨架(MOF)作为自牺牲模板,已被证明是制备高效含Se电催化剂的一种成功方法。文章采用两种策略将Se元素引入到Co-Fe MOF中:一种是用SeO2溶液对制备的MOF进行刻蚀,另一种是以SeCN-为结构单元进行取代。对原始的2D MOF及其焙烧衍生物催化析氢(HER)和析氧(OER)的电化学活性进行了评价和进一步讨论。结果表明,Se的引入对提高电化学催化活性有重要作用。当电流密度为10 mA/cm2时,焙烧后衍生物对HER的过电位为235 mV,对OER的过电位为270 mV。为了比较两种在MOF中引入Se元素的方法,它们的焙烧衍生物可以获得相似的电催化活性。Co-Fe二维MOF衍生物的高电化学性能可能是由于材料中独特的二维层状孔结构和材料中不同组分之间强烈的协同效应所致。在此基础上,合理设计以S或含Se键为分解水催化剂的层状MOF,是开发经济、低能耗电催化剂的可行方案,为合成MOF基金属硒化合物提供了一条创新的途径。

图1(a) Co0.6Fe0.4-MOF(蚀刻法中的原始2D-MOF)和Co/Fe/S/Se-400(腐蚀法中的焙烧衍生物)以及 (b) CoFe-MOF-Se(替换法中的原始2D-MOF)和Co/Fe/Se-400(替换法中的焙烧衍生物)的制备示意图。

图2 (a-b)Co0.6Fe0.4-MOF;(c-d)Co/Fe/S/Se-400、(e-f)CoFe-MOF-Se;(g-h)Co/Fe/Se-400的扫描电子显微镜图像。

图4 (a-c)Co/Fe/S/Se-400:Co2p(A),Fe2p(B),Se 3d(C),(d-f) CoFe-MOF-Se:Co2p(D),Fe2pi,Se 3d(F)和(g-h)Co/Fe/Se-400:Co2p(G),Fe2p(H),Se 3d(I)的XPS谱。

原文信息

Two-dimensional bimetallic selenium-containing metal-organic frameworks and their calcinated derivatives as electrocatalysts for overall water splitting

Zhao-ting SHANG1, Tang-ming LI1, Bing-qian HU1, Min LIU1, Wang-ting LU1*, Fan YU1*, Yun ZHENG2*

Author information

1. Key Laboratory of Optoelectronic Chemical Materials and Devices of Ministry of Education, College of Optoelectronic Materials and Technology, Jianghan University, Wuhan 430056, China

2. Institute of New Energy Materials and Engineering, School of Materials Science and Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China; Department of Chemical Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada

Keywords

2D MOF, selenium (Se)-containing materials, hydrogen evolution reaction (HER), oxygen evolution reaction (OER)

Cite this article

Zhao-ting SHANG, Tang-ming LI, Bing-qian HU, Min LIU, Wang-ting LU, Fan YU, Yun ZHENG. Two-dimensional bimetallic selenium-containing metal-organic frameworks and their calcinated derivatives as electrocatalysts for overall water splitting. Front. Energy, https://doi.org/10.1007/s11708-024-0924-x

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通讯作者简介

鲁望婷,中国科学院大连化学物理研究所化学工程专业博士,副研究员,硕士生导师,研究方向为燃料电池关键材料,电催化。

余凡,女,博士,江汉大学教授,从事二维层状MOF的制备及光电性能的研究。承担国家自然科学基金项目、湖北省自然科学基金、武汉市青年晨光计划项目。近年来以第一或通讯作者身份在J. Mater. Chem. A,Inorg. Chem.,Dalton Trans.,CrystEngComm等发表SCI论文30余篇,授权专利9项。

郑云,福州大学教授,长期从事固态电化学能源材料方面的工作,具体涉及固态锂金属电池、固体氧化物电池、质子交换膜燃料电池。目前共发表SCI论文近70篇,其中以第一作者在Chem. Soc. Rev., Electrochem. Energ. Rev., Joule, Adv. Mater., PNAS, Adv. Energy Mater., Adv. Sci., Nano Energy, Small, Electrochim. Acta等期刊上发表论文20多篇,包括多篇ESI高被引论文、热点文章和封面文章。共出版学术专著2本,申请发明专利6项(其中2项已授权),主持/参与国家级科研项目多项。

Frontiers in Energy (SCI),能源领域综合性英文学术期刊,于2007年创刊,现为中国工程院院刊之一 (Transactions of CAE)。翁史烈院士和倪维斗院士任名誉主编。中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍任主编,加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊、美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric、法国普瓦捷大学教授Nicolas Alonso-Vante和上海交通大学教授巨永林任副主编。

出版能源领域原创研究论文、综述、展望、观点、评论、新闻热点等。选文注重“前沿性、创新性和交叉性”,涉及领域包括:能源转化与利用,可再生能源,储能技术,氢能与燃料电池,二氧化碳捕集、利用与封存,动力电池与电动汽车,先进核能技术,智能电网和微电网,新型能源系统,能源与环境,能源经济和政策。

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