王磊教授、迟京起特任副教授，JMCA观点：微量 Ir 掺杂的分级微球 MOF 阵列在海水中析氢耦合肼氧化性能研究- 大数跨境

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王磊教授、迟京起特任副教授，JMCA观点：微量 Ir 掺杂的分级微球 MOF 阵列在海水中析氢耦合肼氧化性能研究

科学材料站

2021-11-21

导读：本篇报告了一种简便的利用一步法在泡沫镍上原位生长微球状 Ir 掺杂 Ni/Fe 基 MOF 阵列

文章信息

微量 Ir 掺杂的分级微球 MOF 阵列在海水中析氢耦合肼氧化性能研究

第一作者：翟雪君

通讯作者：迟京起*，王磊*

单位：青岛科技大学

研究背景

全球能源需求的增加和严重的环境污染引发了对开发可再生、清洁和高效氢能的巨大研究兴趣。为了产生氢能，使用碱性电解槽和可再生能源为能源和环境的可持续性提供了潜在的途径。海水约占总供水量的 96.5%，被视为无限资源，因此，海水非常适合低成本制氢。

基于水电解的析氢反应（HER）有望用于可再生氢气生产。但是受限于缓慢的阳极析氧反应 (OER)，合理制备高效的 HER 催化剂与肼氧化反应 (HzOR) 对节能制氢至关重要。本篇报告了一种简便的一步法制得MIL-(IrNiFe)@NF 电催化剂。

此外，将该HER催化剂与HzOR结合用于海水电解，且具有出色的耐久性，显示出其在现实海水电解中的巨大潜力。这项工作为制造用于节能水/海水电催化的金属掺杂 MOF 提供了一种具有成本效益的方法。

文章简介

基于此，来自青岛科技大学的王磊教授在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Hierarchical Microsphere MOF Arrays with Ultralow Ir Doping for Efficient Hydrogen Evolution Coupled with Hydrazine Oxidation in Seawater”的观点文章。

本篇报告了一种简便的利用一步法在泡沫镍上原位生长微球状 Ir 掺杂 Ni/Fe 基 MOF 阵列。得益于优异的转移系数和分级结构，所获得的 MIL-(IrNiFe)@NF 电催化剂在碱性介质中显示出极好的电催化活性和对水分解的稳定性。

此外，将该HER催化剂与HzOR结合用于海水电解，在1000 mA cm-2下可实现0.69 V的超低电压，并具有长期的稳定性，显示出其在现实海水电解中的巨大潜力。这项工作为制造用于节能水/海水电催化的金属掺杂 MOF 提供了一种具有成本效益的方法。

图1. 催化剂的合成过程，以及其结合小分子电解海水示意图

碱性水电解左右滑动查看更多

本文要点

要点一：微球状 Ir 掺杂 Ni/Fe 基 MOF 阵列成功合成

图2. MIL-(IrNiFe)@NF的形貌表征

要点二：三金属元素成功掺杂

图3. MIL-(IrNiFe)@NF结构表征

要点三：MIL-(IrNiFe)@NF在1.0 M KOH中的HER,OER性能

图4. MIL-(IrNiFe)@NF的催化性能表征

MIL-(IrNiFe)@NF 具有优异的的HER和OER 催化活性，HER过程仅需156 和 198 mV 的过电位就可实现 500 和 1000 mA cm-2 的大电流密度；OER过程过电位仅为 300 mV时即可获得 500 mA·cm-2 的大电流密度。

要点四：MIL-(IrNiFe)@NF在不同溶液中的电催化性能对比

图5. MIL-(IrNiFe)@NF在不同溶液中催化性能表征

要点五：MIL-(IrNiFe)@NF对海水整体分解的电催化性能

图5. MIL-(IrNiFe)@NF对海水整体分解的电催化性能表征

LSV 极化曲线表明 MIL-(IrNiFe)@NF||MIL-(IrNiFe)@NF 电解槽需要1.4、1.67 和 1.9 V 的电压才能在1.0 M KOH+海水中驱动10、100 和 1000 mA cm-2，而水合肼辅助电解海水系统提供的电池电压仅为 0.03、0.15和 0.69 V，即可实现 10、100 和 1000 mA cm-2的电流密度。在产生大电流密度 1000 mA cm-2时，水合肼辅助电解海水系统比不含水合肼的电解液所需的电位低 1.23 V。

文章链接

“Hierarchical Microsphere MOF Arrays with Ultralow Ir Doping for Efficient Hydrogen Evolution Coupled with Hydrazine Oxidation in Seawater”

https://doi.org/10.1039/D1TA07328A

通讯作者简介

王磊教授

山东省杰青，泰山学者青年专家，青岛科技大学崂山学者，博士生导师。2006年博士毕业于吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室，导师冯守华院士。2008.10年-2010.10年在山东大学材料科学与工程博士后流动站从事博士后工作，导师长江学者陶绪堂教授；2012.11-2013.05于美国The University of Texas at San Antonio, Chemistry of Department做访问学者，合作导师陈邦林教授。长期从事绿色能源相关领域研究，在能源储存与转换材料、光电催化、超分子化学、金属-有机配位聚合物、有机-无机杂化材料等方面做出了出色的工作，先后合成出来首例微孔亚磷酸铍和首例具有三棱镜结构的高稳定金属有机钠盐。已在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、Energy Stor. Mater.、Nano Energy、ACS Cent. Sci、Appl. Catal. B: Environ.、J. Mater. Chem. A.、Science. China. Chem.、中国科学、科学通报等国内外重要学术期刊上发表SCI论文200余篇，其中通讯作者影响因子大于10的论文三十余篇。主持国家级和省部级项目十余项，首位获得中国石油和化学工业联合会科技进步奖、山东省高等学校科学技术奖共四项。

迟京起

2015年获中国石油大学（华东）学士学位，2020年获中国石油大学（华东）博士学位，2020年9月入职青岛科技大学化工学院任教至今。研究方向主要集中于新能源材料合成及电催化制氢研究，涉及绿色制氢和氢能高效利用。以第一或通讯作者在Advanced Functional Materials、Journal of Materials Chemistry A、ACS applied materials & interfaces等国际期刊发表SCI论文17篇。

第一作者介绍