哈尔滨师范大学 张 雪

金属-有机骨架（MOF）和无限配位聚合物（ICP），被认为是非常有前途的电催化剂。尽管已投入很多的精力研究MOF的电催化活性，但有关ICP的报道却很少。因此在室温策略下制备了无限配位聚合物（ICP），并将其原位生长在泡沫镍上。Ni-ICP纳米片阵列表现出很好的电催化析氧性能，在1.0M KOH中电流密度为50mAcm-2时需367mV的过电势。

化石燃料的过度消耗导致温室效应和能源需求的增加，迫切需要开发清洁和可持续的能源。可再生能源氢气作为清洁燃料，被认为是化石燃料的有效替代品。电化学水分解是生产氢燃料的有效方法。但是，阳极析氧反应（OER）的缓慢动力学严重限制阴极上析氢反应（HER）。因此，需要开发高效的催化剂来提高整个水分解的反应速率。贵金属（Pt，Ir，Ru）基电催化剂虽然可以克服涉及电化学水分解的固有障碍，但其成本较高以及储备量低。因此，开发廉价且稳定的非贵金属的电催化剂具有重要意义。近年来，在OER电催化领域，MOF作为催化剂已受到广泛关注，MOF是一种将金属离子连接到有机配体上形成的长程有序的多功能多孔结构。无限配位聚合物ICP不具有长程有序的晶体结构，在许多领域也引起了广泛的关注。为了提高效率并简化复杂纳米结构的形成，ICP纳米片的原位生长将有更广泛的应用。在这项工作中，通过室温策略在泡沫镍上原位生长了无限配位聚合物（ICP），该化合物通过有机配体连接金属（Ni）组成。所制备的ICP具有片状结构，可以直接用作OER电催化电极。ICP具有良好的OER活性的原因可以归因于丰富的活性中心以及分层的结构允许有效的质量传输。

图1

图2 样品的电催化析氧性能测试图

图3 在0.1V至0.2V范围内相对于Ag/AgCl收集了循环伏安图

1 实验

Ni-ICP的制备：

首先，将一块12cm×1cm×1.6mm的泡沫镍（NF）浸入装有15毫升去离子的烧杯中（溶液A）。然后，将1.125mmol 1，4-对苯二甲酸溶解在30mL N，N-二甲基甲酰胺中（溶液B）。接下来，在磁力搅拌下将溶液B快速倒入溶液A中，并在室温下保持20min。然后，将含200μl三乙胺和400μl乙醇的混合溶液添加到上述溶液中。搅拌20min，将混合物室温下静置10h。干燥20min，用水浸泡30min并在45℃干燥10h后，获得带有Ni-ICP的NF。

2 结果与讨论

图1(a)是Ni-ICP表面扫描电镜图，1(b)表征的是X射线衍射测试（XRD）。Ni-ICP纳米片通过室温反应生长在泡沫镍上。图1(a)显示了Ni-ICP在NF主干表面上的均匀覆盖，图中清楚地显示了其片状结构，纳米片结构对于电催化应用是有利的，其提供了大量暴露的活性中心。Ni-ICP在镍泡沫上的原位生长可以更有效地利用导电路径，以加速所涉及的电荷传输。XRD研究了Ni-ICP的晶体结构。除了来自NF的峰外，Ni-ICP的XRD图谱没有观察到明显的峰（如图1(b)所示），这表明其非晶态结构与MOF不同，属于一种配位聚合物。

图2所示是样品的电催化析氧性能测试图。室温下，使用典型的三电极系统在1.0M KOH水溶液中评估这些电极的OER活性。图2a为通过使用线性扫描伏安法（LSV）获得的Ni-ICP，IrO2/NF和NF极化曲线，扫描速率为5mV•s-1。Ni-ICP具有良好的OER性能，在10mA•cm-2的电流密度下具有318mV的过电势。它也显示出比空白NF（111.3mV•dec-1）更低的Tafel斜率86.6mV•dec-1（图2(b)）。这分别表明Ni-ICP的OER动力学更快，此外，ICP还具有出色的稳定性，OER极化曲线在3000次循环伏安（CV）循环后显示出有限的变化（图2(c)）。随后，为了研究所有材料OER的界面动力学，在100kHz至100MHz的施加电势为1.32V（vs RHE）的情况下记录了它们的电化学阻抗谱（EIS）（图2(d)）。Ni-ICP的半圆直径值相对较小（7.92Ω）。因此，结果证明了在电解质/电极界面处Ni-ICP具有较强的电子传输能力。

如图3所示，在0.1V至0.2V范围内相对于Ag/AgCl收集了循环伏安图。测量Ni-ICP和NF电极固液界面处的双层电容（Cdl），以估算其有效表面积（ECSA）。Ni-ICP的Cdl值为3.9mFcm-2，略高于NF，表明Ni-ICP纳米阵列电极具有较高的表面积，可以暴露更多的活性位点以进行OER催化。

结论：总之，本实验已经通过室温条件合成了Ni-ICP纳米片阵列。此类ICP具有良好的OER性能，在1.0MKOH中电流密度为10mAcm-2和50mAcm-2时，分别需要的过电势为318和367mV。希望这项工作将进一步激发人们的广泛关注，并为设计和利用ICP纳米阵列作为电化学水分解的低成本材料提供新的机会。