Angew：二维Fe/Co金属有机骨架的简易合成用于高效电催化OER

Nanoyu

2021-03-12

近年来，以非贵金属尤其是过渡金属（Ni、Co、Fe等）化合物为主要原料的低成本高效电催化剂因其元素储量丰富、成本低而被广泛应用于析氧反应（OER)。基于过渡金属离子和有机配体的金属有机骨架（MOFs）具有精准的多孔结构和高比表面积以及具有大量OER催化活性位点。这其中，具有纳米层的二维（2D）MOF纳米片具有较高的电催化活性，其表面有许多金属离子的不饱和配位位点，以及快速的质量传输和电荷转移。

近日，河北工业大学潘明旺教授，张玥，Yongfang Yang，美国凯斯西储大学Lei Zhu报道了在三乙胺（TEA）和水的存在下，通过简单搅拌Fe/Co盐和1,4-苯二羧酸（1,4-BDC）的反应混合物，在室温下成功合成了2D双金属（Fe/Co = 1:2）MOF-Fe/Co纳米片（~2.2 nm厚）。

文章要点

1）实验结果显示，2D MOF-Fe/Co(1:2)纳米片在碱性溶液中具有出色的OER电催化活性。MOF-Fe/Co(1:2)在10 mA/cm²时的过电位和C_dl值分别为238 mV和66.9 mF/cm²，远优于块体（427 mV, 0.76 mF/cm²）和3D MOF-Fe/Co(1:2)（311 mV, 9.86 mF/cm²）。此外，MOF-Fe/Co(1:2)在电催化作用下转化了稳定的Co-O和Fe-O结构，从而实现了50000 s的耐久性试验。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，在2D MOF-Co中引入Fe可以改变Co的电子态，降低反应过程中速率决定步骤的自由能，提高催化活性。

这项研究为大规模生产高产量的二维MOF-Fe/Co纳米片提供了一种简单的方法，并有望促进二维MOF材料的商业化。

参考文献

Kai Ge, et al, Facile Synthesis of Two-Dimensional Iron/Cobalt Metal-Organic Framework for Efficient Oxygen Evolution Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202102632

https://doi.org/10.1002/anie.202102632