利用自金属有机骨架制备高效OER电催化材料Co3O4/ MWCNTs

      析氧反应（OER）是电化学能量转换和储存装置（如氢燃料生产，水电解和可充电金属空气电池）中水分解的关键半电池反应。然而在碱性溶液中，OER反应不具有动力学上的优势，一般需要通过使用贵金属来降低过电位。尽管IrO2和RuO2对 OER 有一定的推动作用，但是这些材料成本高且储存量少，研究人员一直试图通过非贵金属或金属氧化物催化剂来进行OER反应。最近的研究发现纳米碳具有良好的催化活性和稳定性，尤其是各种N掺杂的石墨纳米碳如N掺杂碳纳米管（CNT）可能会成为Pt催化剂的替代物。这是由于这些材料具有表面有大量微孔同时还有含量较高的吡啶和类似吡咯的氮原子。

      通过金属离子和有机配体配位构建金属有机骨架（MOF）已经成为合成多孔碳材料的新途径。ZIF-67（[Co]（MeIm）2]n）（MeIm =甲基咪唑）材料含有高活性的Co纳米粒子和导电的石墨碳，对OER电化学催化具有优异的性能，经常用作制备OER电催化剂的前体。虽然已经有大量的关于MOF衍生的纳米碳和金属氧化物作为电催化剂的研究，但是由于石墨度差、表面积小，材料的电化学性质不尽人意。

   图1不同热处理后MOF多面体及其衍生物的SEM图像：ZIF-67（a），ZIF-67-H₂（b），ZIF-67-CNT（c），ZIF-67-CNT-300（d）；ZIF-67-CNT（e-g）和ZIF-67-CNT-300（h-j）的TEM图像；（k）展示单独的MOF衍生的多面体的HAADF-STEM图像，其具有原位获得的MWCNT以及氧化钴，以及C，N，Co和O的相应EDX元素映射，用于离散的ZIF-67-CNT-300颗粒。

      图2（a）不同沉积循环的极化曲线ZIF-67-300，ZIF-67/CNT-300，ZIF-67-CNT，ZIF-67-CNT-200，ZIF-67-CNT-300和RuO₂ in KOH（1M）溶液。（b）ZIF-67-300，ZIF-67 / CNT-300，ZIF-67-CNT，ZIF-67-CNT-200，ZIF-67-CNT-300和RuO₂的Tafel图。（c）ZIF-67-300，ZIF-67/CNT-300，ZIF-67-CNT，ZIF-67-CNT-200，ZIF-67-CNT-300和RuO₂修饰的电极的奈奎斯特图。（d）Cdl和相对电化学活性表面积。

      在这个工作中，作者以ZIF-67作为单一前体，合成了MOF衍生的氮掺杂碳纳米管网络，这种复合材料可以作为OER的稳定高效的电催化剂。其中ZIF-67-CNT-300表现出优异的电催化活性和稳定性，性能商业RuO2电催化剂。这种优异性能主要是结晶氮-掺杂碳纳米管网络的化学组成、网状结构以及整体骨架结构。该项工作中的合成方法可应用于其他MOF衍生的功能性纳米复合材料的合成，。

文献链接：Co3O4-anchored MWCNTs network derived from metal-organic frameworks as efficient OER electrocatalysts

(Materials Letters, 2019, DOI:10.1016/j.matlet.2019.04.003)

论文的第一作者为温州大学化材学院研究生徐乐琼，通讯作者为黄少铭教授和钱金杰副教授。