泡沫铜基底原位生长的铜基导电金属有机框架作为双功能电催化剂

张楚风 陈哲伟 连跃彬 陈宇杰 李沁 顾银冬 陆永涛 邓昭 彭扬

引用本文: 张楚风, 陈哲伟, 连跃彬, 陈宇杰, 李沁, 顾银冬, 陆永涛, 邓昭, 彭扬. 泡沫铜基底原位生长的铜基导电金属有机框架作为双功能电催化剂[J]. 物理化学学报, 2019, 35(12): 1404-1411. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905030 shu
Citation:  ZHANG Chufeng, CHEN Zhewei, LIAN Yuebin, CHEN Yujie, LI Qin, GU Yindong, LU Yongtao, DENG Zhao, PENG Yang. Copper-based Conductive Metal Organic Framework In-situ Grown on Copper Foam as a Bifunctional Electrocatalyst[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2019, 35(12): 1404-1411. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905030 shu

泡沫铜基底原位生长的铜基导电金属有机框架作为双功能电催化剂

    通讯作者: 彭扬, ypeng@suda.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21701118, 21805201), 江苏省自然科学基金(BK20161209, BK20160323, BK20170341), 中国博士后科学基金(2017M611899, 2018T110544), 苏州市产业技术创新专项(前瞻性应用研究) (SYG201748)资助项目

摘要: 以泡沫铜为基底生长氢氧化铜纳米线,通过原位转化合成二维导电金属有机框架(MOF)材料Cu3HITP2 (HITP = 2, 3, 6, 7, 10, 11-六氨基三亚苯)作为双功能催化剂,可直接用作析氧及氧还原反应的工作电极,而无需使用额外的基底或粘合剂,且无需后续热处理。研究发现以氢氧化铜纳米线为模板的Cu3HITP2表现出了更大的电化学比表面积,这种新型的电极可在碱性溶液(0.1和1.0 mol·L-1 KOH)中可以稳定运行,析氧反应中在电流密度达到10 mA·cm-2时的过电位仅为1.53 V,超越了商业二氧化钌的催化性能。此外,该催化剂在氧还原反应中的半波电位达到0.75 V,优于大多数MOF材料。

English

    1. [1]

      Chen, Z.; Yu, A.; Higgins, D.; Li, H.; Wang, H. J.; Chen, Z. W. Nano Lett. 2012, 12, 1946. doi: 10.1021/nl2044327

    2. [2]

      Lee, D. U.; Xu, P.; Cano, Z. P.; Kashkooli, A.G.; Park, M. G.; Chen, Z. W. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 7107. doi: 10.1039/C6TA00173D

    3. [3]

      Mamaca, N.; Mayousse, E.; Arrii-Clacens, S.; Napporn, T. W.; Servat, K.; Guillet, N.; Kokoh, K. B. Appl. Catal. B 2012, 111, 376. doi: 10.1016/j.apcatb.2011.10.020

    4. [4]

      Huang, Y. Y.; Wang, Y. Q.; Tang, C.; Wang, J.; Zhang, Q.; Wang, Y. B.; Zhang, J. T. Adv. Mater. 2019, 31, 803800. doi: 10.1002/adma.201803800

    5. [5]

      Shinde, S. S.; Lee, C. H.; Sami, A.; Kim, D. H.; Lee, S. U; Lee, J. H. ACS Nano 2017, 17, 347. doi: 10.1021/acsnano.6b05914

    6. [6]

      Zhang, H.; Wang, T. T.; Sumboja, A.; Zang, W. J.; Xie, J. P.; Gao, D. Q.; Pennycock, S. J.; Liu, Z. L.; Guan, C.; et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804846. doi: 10.1002/adfm.201804846

    7. [7]

      Ma, T. Y.; Dai, S.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13925. doi: 10.1021/ja5082553

    8. [8]

      Fu, G. T.; Cui, Z. M.; Chen, Y. F.; Li, Y. T.; Tang, Y. W.; John, B. G. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601172. doi: 10.1002/aenm.201601172

    9. [9]

      Li, S.; Cheng, C.; Zhao, X. J.; Schmidt, J.; Thomas, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1856. doi: 10.1002/aenm.201702900

    10. [10]

      Jiang, Y.; Deng, Y. P.; Fu, J.; Lee, D. U.; Liang, R. L.; Zachary, P. C.; Liu, Y. S.; Bai, Z. Y.; Sooyeon, H.; Yang, L.; et al. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702900. doi: 10.1002/anie.201710852

    11. [11]

      Chen, G. B.; Zhang, J.; Wang, F. X.; Wang, L. L.; Liao, Z. Q.; Zschech, E.; Müllen, K.; Feng, X. L. Chemistry 2018, 24, 18413. doi: 10.1002/chem.201804339

    12. [12]

      Shinde, S. S.; Lee, C. H.; Yu, J. Y.; Kim, D. H.; Lee, S. U.; Lee, J. H. ACS Nano 2018, 12, 596. doi: 10.1021/acsnano.7b07473

    13. [13]

      Wang, C. H.; Liu, X. L.; Demir, N. K.; Chen, J. P.; Li, K. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 5107. doi: 10.1039/c6cs00362a

    14. [14]

      Furukawa, H.; Cordova, K. E.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2013, 341, 1230444. doi: 10.1126/science.1230444

    15. [15]

      Lee, J. Y.; Farha, O. K.; Roberts, J.; Scheidt, K. A.; Nguyen, S. T.; Hupp, J. T. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1450. doi: 10.1039/b807080f

    16. [16]

      Meek, S. T.; Greathouse, J. A.; Allendorf, M. D. Adv. Mater. 2011, 23, 249. doi: 10.1002/adma.201002854

    17. [17]

      Stock, N.; Biswas, S. Chem. Rev. 2012, 112, 933. doi: 10.1021/cr200304e

    18. [18]

      Schneemann, A.; Bon, V.; Schwedler, I.; Senkovska, I.; Kaskel, S.; Fischer, R. A. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6062. doi: 10.1039/c4cs00101j

    19. [19]

      杨晓冬, 陈驰, 周志有, 孙世刚.物理化学学报, 2019, 35 (5), 472. doi: 10.3866/PKU.WHXB201806131Yang, X. D.; Chen, C.; Zhou, Z. Y.; Sun, S. G. Acta Phys. –Chim. Sin. 2019, 35 (5), 472. doi: 10.3866/PKU.WHXB201806131

    20. [20]

      Sun, L.; Campbell, M. G.; Dinca, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3566. doi: 10.1002/ange.201506219

    21. [21]

      Sheberla, D.; Bachman, J. C.; Elias, J. S.; Elias, J. S.; Sun, C. J.; Yang, S. H. Nat. Mater. 2017, 16, 220. doi: 10.1038/NMAT4766

    22. [22]

      Zhong, H. X.; Wang, J.; Zhang, Y. W.; Xu, W. L.; Xing, W.; Xu, D.; Zhang, Y. F.; Zhang, X. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 14235. doi: 10.1002/anie.201408990

    23. [23]

      Wang, L.; Feng, X.; Ren, L. T.; Piao, Q. H.; Zhong, J. Q.; Wang, Y. B.; Li, H. W.; Chen, Y. F.; Wang, B. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4920. doi: 10.1021/jacs.5b01613

    24. [24]

      Jahan, M.; Liu, Z.; Loh, K. P. Adv. Funct. Mater.2013, 23, 5363. doi: 10.1002/adfm.201300510

    25. [25]

      Sheberla, D.; Sun, L.; Blood-Forsythe, M.A.; Er, S.; Wade, C. R.; Brozek, C. K.; Aspuru-Guzik, A.; Dinca, M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8859. doi: 10.1021/ja502765n

    26. [26]

      Campbell, M. G.; Sheberla, D.; Liu, S. F.; Swager, T. M.; Dinca, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4349. doi: 10.1002/ange.201411854

    27. [27]

      Campbell, M. G.; Liu, S. F.; Swager, T. M.; Dinca, M. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13780. doi: 10.1021/jacs.5b09600

    28. [28]

      Dou, J. H.; Sun, L.; Ge, Y.; Li, W. B.; Hendon, C. H.; Li, J.; Gul, S.; Yano, J.; Stach, E. A.; Dinca, M. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13608. doi: 10.1021/jacs.7b07234

    29. [29]

      Feng, D. W.; Lei, T.; Lukatskaya, M. R.; Park, J.; Huang, Z. H.; Lee, M.; Shaw, L.; Chen, S. C.; Yakovenko, A. A.; Kulkarni, A. Nat. Energy 2018, 3, 30. doi: 10.1038/s41560-017-0044-5

    30. [30]

      Miner, E. M.; Fukushima, T.; Sheberla, D.; Sun, L.; Surendranath, Y.; Dinca, M. Nat. Commun. 2016, 7, 10942. doi: 10.1038/ncomms10942

    31. [31]

      鲍晋珍, 王森林.物理化学学报, 2011, 27, 2849. doi: 10.3866/PKU.WHXB20112849Bao, J. Z.; Wang, S. L. Acta Phys. –Chim. Sin. 2011, 27, 2849. doi: 10.3866/PKU.WHXB20112849

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  35
  • 文章访问数:  1752
  • HTML全文浏览量:  291
文章相关
  • 发布日期:  2019-12-15
  • 收稿日期:  2019-05-06
  • 接受日期:  2019-06-04
  • 修回日期:  2019-06-04
  • 网络出版日期:  2019-12-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章