碳布负载的钴镍双金属沸石咪唑框架作为独立电极用于高效电催化析氧反应

白武鑫 周倩倩 卢振杰 宋晔 付永胜

引用本文: 白武鑫, 周倩倩, 卢振杰, 宋晔, 付永胜. 碳布负载的钴镍双金属沸石咪唑框架作为独立电极用于高效电催化析氧反应[J]. 物理化学学报, 2024, 40(3): 230504. doi: 10.3866/PKU.WHXB202305041 shu
Citation:  Wuxin Bai, Qianqian Zhou, Zhenjie Lu, Ye Song, Yongsheng Fu. Co-Ni Bimetallic Zeolitic Imidazolate Frameworks Supported on Carbon Cloth as Free-Standing Electrode for Highly Efficient Oxygen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(3): 230504. doi: 10.3866/PKU.WHXB202305041 shu

碳布负载的钴镍双金属沸石咪唑框架作为独立电极用于高效电催化析氧反应

    通讯作者: 付永胜, fuyongsheng@njust.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 52173255

摘要: 开发低成本、高效和稳定的电催化剂对于加快水分解中的析氧反应(OER)速率,实现可再生、清洁和大规模能源转换技术至关重要。在本文中,我们开发了一种简单的方法来制备钴镍双金属沸石咪唑框架(CoNi-ZIF),通过低温热解去除客体分子将CoNi-ZIF纳米片牢固地负载到碳布(CoNi-ZIF-CC-200)上。组装的独立电极避免了对粘合剂的依赖和无效表面积的增加,从而显著提高了催化剂的催化活性和传质效率。电化学测试结果表明CoNi-ZIF-CC-200独立电极在OER过程中表现出良好的电化学活性和稳定性。CoNi-ZIF-CC-200独立电极在10 mA∙cm−2下表现出255 mV的低过电位,并且在恒电位测量过程中保持10 h以上的稳定运行。此外,由CoNi-ZIF-CC-200独立电极作为阳极和Pt/C作为阴极组成的水分解系统表现出优异的稳定性。

English

    1. [1]

      Zhou, Z.; Pei, Z.; Wei, L.; Zhao, S.; Jian, X.; Chen, Y. Energy Environ. Sci. 2020, 13, 3185. doi: 10.1039/D0EE01856B

    2. [2]

      Jia, Y.; Yao, X. Chem 2020, 6, 548. doi: 10.1016/j.chempr.2020.02.011

    3. [3]

      Sun, Y.; Wu, W.; Yu, L.; Xu, S.; Zhang, Y.; Yu, L.; Xia, B.; Ding, S.; Li, M.; Jiang, L.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 5, e263. doi: 10.1002/cey2.263

    4. [4]

      Arafat, Y.; Azhar, M. R.; Zhong, Y.; Abid, H. R.; Tadé, M. O.; Shao, Z. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2100514. doi: 10.1002/aenm.202100514

    5. [5]

      Woldu, A. R.; Huang, Z.; Zhao, P.; Hu, L.; Astruc, D. Coord. Chem. Rev. 2022, 454, 214340. doi: 10.1016/j.ccr.2021.214340

    6. [6]

      Lu, Z.; Yao, S.; Dong, Y.; Wu, D.; Pan, H.; Huang, X.; Wang, T.; Sun, Z.; Chen, X. J. Energy Chem. 2021, 56, 87. doi: 10.1016/j.jechem.2020.07.040

    7. [7]

      Zeng, F.; Mebrahtu, C.; Liao, L.; Beine, A. K.; Palkovits, R. J. Energy Chem. 2022, 69, 301. doi: 10.1016/j.jechem.2022.01.025

    8. [8]

      Yu, L.; Yang, J. F.; Guan, B. Y.; Lu, Y.; Lou, X. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 172. doi: 10.1002/anie.201710877

    9. [9]

      Escudero-Escribano, M.; Malacrida, P.; Hansen, M. H.; Vej-Hansen, U. G.; Velázquez-Palenzuela, A.; Tripkovic, V.; Schiøtz, J.; Rossmeisl, J.; Stephens, I. E. L.; Chorkendorff, I. Science 2016, 352, 73. doi: 10.1126/science.aad8892

    10. [10]

      Zhang, X.; Truong-Phuoc, L.; Liao, X.; Tuci, G.; Fonda, E.; Papaefthymiou, V.; Zafeiratos, S.; Giambastiani, G.; Pronkin, S.; Pham-Huu, C. ACS Catal. 2021, 11, 8915. doi: 10.1021/acscatal.1c01638

    11. [11]

      Yang, W.; Vogler, B.; Lei, Y.; Wu, T. Environ. Sci. Water Res. Technol. 2017, 3, 1143. doi: 10.1039/C7EW00273D

    12. [12]

      van Deelen, T. W.; Hernández Mejía, C.; de Jong, K. P. Nat. Catal. 2019, 2, 955. doi: 10.1038/s41929-019-0364-x

    13. [13]

      Zhong, H.; Wang, J.; Meng, F.; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9937. doi: 10.1002/anie.201604040

    14. [14]

      Sun, Y.; Ding, S.; Xu, S.; Duan, J.; Chen, S. J. Power Sources 2021, 494, 229733. doi: 10.1016/j.jpowsour.2021.229733

    15. [15]

      Chen, Y.; Qiao, S.; Tang, Y.; Du, Y.; Zhang, D.; Wang, W.; Zhang, H.; Sun, X.; Liu, C. ACS Nano 2022, 16, 15273. doi: 10.1021/acsnano.2c06700

    16. [16]

      Huo, M.; Wang, B.; Zhang, C.; Ding, S.; Yuan, H.; Liang, Z.; Qi, J.; Chen, M.; Xu, Y.; Zhang, W.; et al. Chem. Eur. J. 2019, 25, 12780. doi: 10.1002/chem.201902389

    17. [17]

      Li, Z.; Zhang, X.; Kang, Y.; Yu, C. C.; Wen, Y.; Hu, M.; Meng, D.; Song, W.; Yang, Y. Adv. Sci. 2021, 8, 2002631. doi: 10.1002/advs.202002631

    18. [18]

      Lei, Z.; Jin, X.; Li, J.; Liu, Y.; Liu, J.; Jiao, S.; Cao, R. J. Energy Chem. 2022, 65, 505. doi: 10.1016/j.jechem.2021.06.019

    19. [19]

      Qu, C.; Zhao, B.; Jiao, Y.; Chen, D.; Dai, S.; deglee, B. M.; Chen, Y.; Walton, K. S.; Zou, R.; Liu, M. ACS Energy Lett. 2017, 2, 1263. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00265

    20. [20]

      Jin, W.; Lu, Z.; Wang, Q.; Zhu, Y.; Pan, H.; Yao, S.; Fang, Z.; Huang, X.; Chen, X. J. Phys Mater. 2021, 4, 024006. doi: 10.1088/2515-7639/abebe8

    21. [21]

      Chen, C.; Deng, X.; Deng, Y.; An, L.; Deng, Y.; Zheng, Y.; Dang, D.; Yang, X. Int. J. Hydrogen Energy 2022, 47, 14896. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.03.017

    22. [22]

      Li, Y.; Wang, Z.; Hu, J.; Li, S.; Du, Y.; Han, X.; Xu, P. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910498. doi: 10.1002/adfm.201910498

    23. [23]

      Choi, W. H.; Kim, K.-H.; Lee, H.; Choi, J. W.; Park, D. G.; Kim, G. H.; Choi, K. M.; Kang, J. K. Adv. Sci. 2021, 8, 2100044. doi: 10.1002/advs.202100044

    24. [24]

      Lu, Z.; Luo, W.; Huang, X.; Yu, H.; Li, Z.; Liu, G.; Liu, J.; Chen, X. J. Colloid Interface Sci. 2022, 611, 599. doi: 10.1016/j.jcis.2021.12.132

    25. [25]

      Yuan, W.; Zhao, M.; Yuan, J.; Li, C. M. J. Power Sources 2016, 319, 159. doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.04.044

    26. [26]

      Liu, H.; Huang, X.; Lu, Z.; Wang, T.; Zhu, Y.; Cheng, J.; Wang, Y.; Wu, D.; Sun, Z.; Robertson, A. W.; et al. Nanoscale 2020, 12, 9628. doi: 10.1039/C9NR10800A

    27. [27]

      Zhang, J.; Lian, J.; Jiang, Q.; Wang, G. Chem. Eng. J. 2022, 439, 135634. doi: 10.1016/j.cej.2022.135634

    28. [28]

      Yang, L.; Wu, D.; Wang, T.; Jia, D. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 18692. doi: 10.1021/acsami.0c01655

    29. [29]

      Guo, C.; Zhang, W.; Liu, Y.; He, J.; Yang, S.; Liu, M.; Wang, Q.; Guo, Z. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1901925. doi: 10.1002/adfm.201901925

    30. [30]

      Zhao, J.-Y.; Wang, R.; Wang, S.; Lv, Y.-R.; Xu, H.; Zang, S.-Q. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 7389. doi: 10.1039/C8TA12116H

    31. [31]

      Yi, P.; Zhang, X.; Jin, L.; Chen, P.; Tao, J.; Zhou, J.; Yao, Z. Chem. Eng. J. 2022, 430, 132879. doi: 10.1016/j.cej.2021.132879

    32. [32]

      de Sánchez, N. A.; Carrasco, C.; Prieto, P. Phys. B 2003, 337, 318. doi: 10.1016/S0921-4526(03)00423-X

    33. [33]

      Zhao, Y.; Zhan, X.; Sun, Y.; Wang, H.; Chen, L.; Liu, J.; Shi, H. Chemosphere 2023, 310, 136937. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.136937

    34. [34]

      Wang, Z.; Yang, J.; Tang, Y.; Chen, Z.; Lu, Q.; Shen, G.; Wen, Y.; Liu, X.; Liu, F.; Chen, R.; et al. Sustain. Energy Fuels 2021, 5, 2985. doi: 10.1039/D1SE00459J

    35. [35]

      Hong, W.; Kitta, M.; Xu, Q. Small Methods 2018, 2, 1800214. doi: 10.1002/smtd.201800214

    36. [36]

      Li, Y.; Li, H.; Cao, K.; Jin, T.; Wang, X.; Sun, H.; Ning, J.; Wang, Y.; Jiao, L. Energy Storage Mater. 2018, 12, 44. doi: 10.1016/j.ensm.2017.11.006

    37. [37]

      Wang, X.-T.; Ouyang, T.; Wang, L.; Zhong, J.-H.; Ma, T.; Liu, Z.-Q. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 13291. doi: 10.1002/anie.201907595

    38. [38]

      Cai, Z.; Yamada, I.; Yagi, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 5847. doi: 10.1021/acsami.9b19268

    39. [39]

      Mansour, A. N. Surf. Sci. Spectra 1994, 3, 231. doi: 10.1116/1.1247751

    40. [40]

      Chen, Y.; Li, Z.; Zhu, Y.; Sun, D.; Liu, X.; Xu, L.; Tang, Y. Adv. Mater. 2019, 31, 1806312. doi: 10.1002/adma.201806312

    41. [41]

      Chen, M.; Kitiphatpiboon, N.; Feng, C.; Abudula, A.; Ma, Y.; Guan, G. eScience 2023, 3, 100111. doi: 10.1016/j.esci.2023.100111

    42. [42]

      Tang, W.; Liu, X.; Li, Y.; Pu, Y.; Lu, Y.; Song, Z.; Wang, Q.; Yu, R.; Shui, J. Nano Res. 2020, 13, 447. doi: 10.1007/s12274-020-2627-x

    43. [43]

      Wang, Y.; Wan, X.; Liu, J.; Li, W.; Li, Y.; Guo, X.; Liu, X.; Shang, J.; Shui, J. Nano Res. 2022, 15, 3082. doi: 10.1007/s12274-021-3966-y

    44. [44]

      Zhang, F.; Chen, L.; Yang, H.; Zhang, Y.; Peng, Y.; Luo, X.; Ahmad, A.; Ramzan, N.; Xu, Y.; Shi, Y. Chem. Eng. J. 2022, 431, 133734. doi: 10.1016/j.cej.2021.133734

    45. [45]

      Hong, Q.; Wang, Y.; Wang, R.; Chen, Z.; Yang, H.; Yu, K.; Liu, Y.; Huang, H.; Kang, Z.; Menezes, P. W. Small 2023, 2206723. doi: 10.1002/smll.202206723

    46. [46]

      Zhou, Z.; Zaman, W. Q.; Sun, W.; Cao, L.-m.; Tariq, M.; Yang, J. Chem. Commun. 2018, 54, 4959. doi: 10.1039/C8CC02008F

    47. [47]

      Jović, B. M.; Lačnjevac, U. Č.; Jović, V. D.; Krstajić, N. V. J. Electroanal. Chem. 2015, 754, 100. doi: 10.1016/j.jelechem.2015.07.013

    48. [48]

      Chen, S.; Luo, T.; Chen, K.; Lin, Y.; Fu, J.; Liu, K.; Cai, C.; Wang, Q.; Li, H.; Li, X.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 16607. doi: 10.1002/anie.202104480

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  803
  • HTML全文浏览量:  84
文章相关
  • 发布日期:  2024-03-15
  • 收稿日期:  2023-05-22
  • 接受日期:  2023-07-10
  • 修回日期:  2023-06-27
  • 网络出版日期:  2023-07-19
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