广东石油化工学院理学院 张 雪 徐志堃

在泡沫镍上生长Co-MOF纳米片阵列，通过在硝酸铁溶液中浸泡1h提高Co-MOF的电催化析氧性能，制得的Co-MOF-1h作为电催化剂，Co-MOF-1h纳米片阵列具有优异的电催化活性，在1.0M KOH中电流密度为50mA•cm-2时仅需254mV的过电势。

快速增长的化石燃料消耗和由此产生的温室效应促使人们对清洁和可持续的能量储存和转换技术的发展产生了重大的研究兴趣。电化学水分解可以产生氧气和氢气是一种可持续和环保的生产清洁能源方法，以缓解能源危机问题。贵金属基材料（例如RuO2或IrO2）是析氧反应（OER）的基准催化剂，但由于其在地球上的资源有限，且成本非常高。因此，人们投入了大量精力来寻找成本降低且高效的替代品。最近，金属有机骨架（MOF）由于其可调节的孔隙率，高的比表面积而在与能源相关的应用中受到越来越多的关注，特别是，铁掺入MOF中通常会导致电催化作用进一步增强。在此，我们通过水热法在泡沫镍上生长Co-MOF，再通过在硝酸铁溶液中浸泡来提高Co-MOF电催化性能。实验发现浸泡1h所得的Co-MOF-1h具有优异的催化活性，在1.0M KOH达到50mA•cm-2的电流密度仅需254mV的过电势。为制备高性能电催化剂提供新方法。

1 实验

Co-MOF的制备：在磁力搅拌下将0.5mmol Co(NO3)2•6H2O（0.145g）和0.5mmol对苯二甲酸（0.083g）溶解在16mL DMF中以形成均匀溶液。将1.25mL乙醇和1.25mL蒸馏水分别加入溶液搅拌中30min，将泡沫镍NF（2×3cm）和上述混合溶液转移到25mL高压釜中，通过水热法，在125℃下保持12h。冷却至室温后，用蒸馏水和乙醇多次洗涤产物，并在50℃下干燥。然后获得Co-MOF/NF。

Co-MOF-1h/NF的制备：磁力搅拌下将5mmol Fe(NO3)2•9H2O（0.8g）溶解在10mL水中以形成均匀溶液，将Co-MOF/NF浸泡在上述溶液中1h用蒸馏水和乙醇冲洗产物，并在50℃下干燥。然后获得Co-MOF-1h。

2 结果与讨论

图1a,b Co-MOF扫描电镜图；图1c,d Co-MOF-1h扫描电镜图

图1a,b显示通过水热反应Co-MOF生长在泡沫镍上。图1c,d显示了Co-MOF-1h纳米片的扫描电镜图像。Co-MOF-1h具有合适的片状结构。图2a显示Co-MOF和Co-MOF-1h的X射线粉末衍射（XRD）图案。Co-MOF粉末的衍射峰与先前报道的结果一致。

图2 Co-MOF和Co-MOF-1h的XRD图谱

图3

为了比较Co-MOF，Co-MOF-1h OER的电催化活性。在室温下，使用典型的三电极系统在1.0M KOH中测试样品的OER活性。图3a是Co-MOF和Co-MOF-1h的极化曲线，扫描速率为1mV•s-1。Co-MOF-1h表现出出色的OER性能，电流密度为50mA•cm-2时过电势为254mV，低于未浸泡的Co-MOF。它的Tafel斜率也比Co-MOF更低（图3c），这表明Co-MOF-1h具有良好的析氧性能。此外，在CV循环6000次后，Co-MOF-1h极化曲线显示出很小的变化（图3d）。随后发现，在100mA•cm-2的高电流密度下Co-MOF-1h的电催化OER活性可以保持15h（图3e），没有出现明显的电流密度损失，这都说明了该催化剂具有出色的稳定性。此外，进行了电化学阻抗谱分析（EIS），以研究所有四种材料催化过程中的动力学，图3f显示Co-MOF-1h具有相对较小的溶液转移电阻Rs，证明其在界面处电子传输能力较强。

3 结论

本实验通过水热法合成Co-MOF纳米片阵列，通过在硝酸铁溶液中浸泡1h提高Co-MOF性能。此类Co-MOF催化剂具有出色的OER性能，在1.0M KOH中电流密度为50mA•cm-2时，电势仅为254mV。该策略可为设计和利用MOF纳米片阵列作为催化剂材料提供新方法。