研究生科研创新基金2019年成果简介之一

日期:2019-06-20作者:点击:

我校材料科学与工程学院2016级硕士研究生杨林在《Journal of Materials Chemistry A》(IF = 9.931)上发表题为“Constructing a highly oriented layered MOF nanoarray from a layered double hydroxide for efficient and long-lasting alkaline water oxidation electrocatalysis”的研究论文,姚亚东教授为该论文的通讯作者。

无论是以金属-空气电池为代表的新型储能技术,还是以电解水为代表的催化换能技术而言,阳极的水氧化反应都是一大瓶颈问题。金属有机框架(MOFs)材料结构上周期多孔,其金属活性中心均匀分散,从而在储、换能领域都具有巨大的应用前景,但其低的取向度和导电性阻碍了它们的进一步应用。大量学者转而选择将MOFs材料转化为相应的衍生物进行研究,但高温退火过程的涉及不但会造成能耗和环保压力,而且也在一定程度上破坏了MOFs原本周期多孔的结构。相反地,牺牲具有特殊结构的前驱体模板以设计和合成目标MOFs材料,可能是一种开发高性能MOFs电化学储换能材料的新策略。基于此,课题组通过溶剂热法处理水热生长于导电泡沫镍(NF)基底上的三维(3D)NiFe-层状双金属氢氧化物纳米阵列(NiFe-LDH/NF),保形合成了一种Fe掺杂的3D 超薄Ni基层状MOF纳米片阵列(Fe0.1-Ni-MOF/NF)。形貌结构表征结果证实合成的Fe0.1-Ni-MOF属于一种空间群为C2/m的层状结构Ni-MOF,其在NF上的生长厚度约为7.1 μm;电化学测试结果表明该Fe0.1-Ni-MOF/NF是一种高效的碱性水氧化电催化剂,其在1.0 M KOH电解液中分别仅需243和263 mV的过电位驱动50和100 mA cm-2的几何催化电流密度,优于目前绝大多数已报到的MOFs基和非贵金属基碱性水氧化电催化剂。除此之外,该Fe0.1-Ni-MOF/NF还具有良好的循环稳定性能、优异的耐久性能、低的交流阻抗、大的电化学活性表面积和高的转换频率值。该论文不仅提供了一种高效和稳定的MOFs基碱性水氧化电催化剂,也开拓了一条利用LDHs作为前驱模板设计合成具有特殊结构和广阔应用前景的MOFs纳米阵列材料的新途径。

该项目获得“四川大学研究生科研创新基金”资助支持,杨林为项目负责人(2018YJSY069)。

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