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酞菁铜基二维导电MOFs(PcCu-O8-Co)ORR催化剂

作者:瑞禧生物 发布时间:2022-08-09 10:17:12 次浏览

为构建**的ORR催化剂,**的活性中心和良好传质(高导电性和多孔结构)是关键。本文设计的二维层状导电MOFs具有明确的活性中心(CoO4)和高度有序的多孔结构。研究表明在Co活性位中,eg轨道中的单电子有利于促进M-OH-的断键,以及O2-/OH-的交换反应,从而获得很高的电催化活性。PcCu-O8-Co中酞菁铜和连接点CoO4 表现出优秀的协同催化作用,大大提高了本征MOFs的ORR催化活性。 通过溶剂热法合成了PcCu-O8-Co二维导电MOFs。通过红外和X射线(XRD)测试证实MOFs的成功合成。结合分析XRD和高分辨电镜表征(TEM)数据分析,我们确认合成的PcCu-O8-Co二维MOFs具有优秀的结晶性。气体吸附测试说明其具有较高比表面积(412m2/g)和丰富的孔道结构,有利于暴露更多的活性位和促进氧气/电解液的传输。 图1. a) PcCu-O8-Co的结构示意图; b) PcCu-O8-Co的实验和理论模拟XRD图; c-d) PcCu-O8-Co的TEM图; e) PcCu-O8-Co的氮气吸脱附曲线(插图:孔径分布图); f)PcCu-O8-Co的Co 2p和Zn2p XPS图。 图2. PcCu-O8-Co中Cu (a)和Co(b)的XAENS图; c-d) PcCu-O8-Co的EPR表征图。 电化学测试结构说明PcCu-O8-Co二维MOFs具有优秀的ORR催化活性(E1/2=0.83V vs. RHE, n=3.93, and jL=5.3mA/cm2)和稳定性(10000圈循环活性无显变化)。作为Zn-air电池的阴极催化剂时,该电池**电流功率密度(94mW/cm2),超越商业贵金属Pt/C催化剂(78.3mW/cm2),说明PcCu-O8-Co作为ORR催化剂的应用潜力。通过理论计算和原位拉曼光谱电化学,以及对比实验再次证实CoO4为活性中心。 图3. a) PcCu-O8-Co/CNT的氩气和氧气饱和电解液下的CV对比图;       b) PcCu-O8-Co/CNT的不同转速下的ORR极化曲线(插图为对应的不同电势下的K-L曲线);       c) PcCu-O8-Co/CNT,PcCu-(OH8)/CNT和Pc-O8-Co/CNT的ORR极化曲线对比图;      d) PcCu-O8-Co/CNT的不同循环次数后的ORR极化曲线;     e-f) 以PcCu-O8-Co/CNT为阴极催化剂的一次锌空气电池充放电曲线和容量曲线。
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