【材料】晶格匹配策略可控构建高效OER纳米管阵列电极- 大数跨境

X-MOL资讯

2021-01-27

导读：陕西师范大学翟全国教授、新南威尔士大学赵川教授提出了一种有前途的自下而上的晶格匹配合成策略，用于构建高度可控的、多级孔结构的导电MOF/氢氧化物异质纳米管阵列电极，展现出超高效的析氧反应 (OER)

电催化分解水是目前最有前景和最具环保性的能源转换技术之一，其中新型的、高效的、非贵金属基电催化剂的可控设计合成依旧是能源研究领域的难点。金属-有机框架 (MOF) 材料由于具有丰富的活性金属中心、可调控的孔道和多样的配位环境，是构建新型高效电催化剂的材料平台。但MOF材料固有的电绝缘性又使其在电催化领域的应用大大受限。二维层状导电MOF（conductive MOF），是由金属中心和六方的平面型有机配体（-OH, -SH, -NH₂）组成的有序多孔材料，其类石墨烯的层状结构有效的促进了电荷在结构中的快速迁移，表现出优异的氧化还原活性和高的导电性，是一类优异的导电MOF基催化材料设计平台。

近日，陕西师范大学翟全国教授、新南威尔士大学赵川教授在 Advanced Materials (影响因子：27.398) 上发表研究论文，提出了一种有前途的自下而上的晶格匹配合成策略，用于构建高度可控的、多级孔结构的导电MOF/氢氧化物 (cMOF/LDH) 异质纳米管阵列电极，展现出超高效的析氧反应 (OER) 活性。

本工作以多金属双层氢氧化物（CoNiFe-LDH）纳米线为内模板，选择配体尺寸与LDH晶格尺寸相近，且三个方向晶格参数完全匹配的导电MOF结构，通过晶格嫁接的方式，可控的构造出cMOF/LDH的异质界面。并在内模板LDH纳米线的持续消耗下，导电MOF沿着纳米线持续生长，实现了中孔尺寸从30 nm到110 nm的异质纳米管cMOF/LDH的可控合成。其独特的异质纳米管阵列结构，可控的中孔结构，以及cMOF和LDH双组分协同催化作用，显著改善了异质纳米管阵列的OER反应活性，分别在超低的电位216和227 mV下，电流密度即可达到50和100 mA cm^-2，Tafel斜率为34.1 mV dec^-1，是最好的MOF基非贵金属催化剂之一。而其大电流下的稳定性也使其有望成为可实际应用的电催化材料。除此之外，采用XPS、XAS等手段对该cMOF/LDH异质纳米管阵列电极的反应中间态，真实的催化活性物质以及催化反应机理进行了详细的研究。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是陕西师范大学王颖。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Lattice Matching Growth of Conductive Hierarchical Porous MOF/LDH Heteronanotube Arrays for Highly Efficient Water Oxidation

Ying Wang, Liting Yan, Kamran Dastafkan, Chuan Zhao, Xuebo Zhao, Yingying, Xue, Jiamin Huo, Shuni Li, Quanguo Zhai

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202006351

通讯作者介绍

翟全国，陕西师范大学化学化工学院，教授，博士生导师。2004-2007年在中国科学院福建物质结构研究所攻读博士学位，2011-2012年和2014-2016年分别在美国加州大学河滨分校从事访问学者和博士后研究。主要从事功能配位合成化学研究，以分子工程，晶体工程和孔工程为实施手段，以能源环境关键需求的吸附分离和催化转化为功能导向，围绕温室气体捕获与转化、低碳烃分离、清洁能源气体存储、小分子活化等方面，系统发展精准配位合成方法学新策略，开发晶态功能多孔新材料。入选教育部“高层次人才奖励计划”青年学者，教育部“新世纪优秀人才”支持计划，获批陕西省首批杰出青年科学基金，陕西省青年科技新星等。主持国家自然科学基金面上项目3项，国家自然科学基金青年项目1项，陕西省自然科学基金青年项目1项，中央高校基金创新团队项目2项等。以第一或通讯作者在JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Chem. Mater., Chem. Commun.等国际顶级期刊发表研究论文100余篇，论文累计被引用4800余次，或授权中国发明专利10余项，获陕西高等学校科学技术奖一等奖2项，陕西省自然科学奖二等奖1项等。

http://www.chem.snnu.edu.cn/mobile/teach_show.aspx?id=1521

https://www.x-mol.com/university/faculty/12351

赵川，教授，西北大学毕业（博士，2002年），奥尔登堡卡尔•冯•奥斯西茨基大学博士后研究员（2002年至2006年），莫纳什大学研究学者（2006年至2010年），中国科学院教授，澳大利亚研究委员会澳大利亚研究员（2010年），新南威尔士大学任命讲师（2010年），高级讲师（2011年），副教授（2014年），澳大利亚研究委员会未来研究员（2017年），教授（2017年）。赵川教授的研究兴趣包括纳米电化学技术及其在清洁能源中的应用。近年来发表高水平SCI论文百余篇，包括多篇以通讯作者发表的Nat. Commun.、JACS 以及热点论文和高引用频率排行论文。其科研成果多次被包括新华社在内的国际主流新闻媒体报道，获国际发明专利5项、澳大利亚发明专利5项，多项成果商业化，其制氢项目2016年入选中国科技部首个海外高科技火炬创新园。

https://www.chemistry.unsw.edu.au/staff/chuan-zhao

https://www.x-mol.com/university/faculty/25323

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