Page 146 - 《精细化工》2021年第9期

第 38 卷第 9 期 精 细 化 工 Vol.38, No.9
202 1 年 9 月 FINE CHEMICALS Sept. 2021

催化与分离提纯技术
超薄金属-有机骨架纳米片前驱体

高效电催化 OER 反应

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孟齐德，刘进轩
（大连理工大学 精细化工国家重点实验室，辽宁 大连 116024）

摘要：金属-有机骨架（MOFs）材料作为前驱体制备特定形貌的纳米材料用于水氧化反应（OER）已成为新的
研究热点。使用溶剂热法在泡沫镍基底上合成了超薄的镍钴铁金属-有机骨架（NiCoFe-MOF）纳米片，在保留
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其纳米片形貌的基础上原位电化学转化为金属氢（羟基）氧化物。在 1 mol/L KOH 电解液中，10 mA/cm 电
流密度时，NiCoFe-MOF 纳米片的过电势仅为 189 mV，Tafel 斜率为 35 mV/dec。长时间电解实验表明，
NiCoFe-MOF 纳米片具有较高的稳定性。原位 Raman 结果表明，其反应的高活性来源于反应过程中的“活性
氧”物种中间体。
关键词：电解水；催化剂；水氧化反应；金属-有机骨架材料；原位拉曼光谱
中图分类号：O643.36；TQ116.21；TQ426 文献标识码：A
文章编号：1003-5214 (2021) 09-1860-07 开放科学 (资源服务) 标识码 (OSID)：

Ultrathin metal-organic framework nanosheets precursors for efficient
electrocatalysis of oxygen evolution reaction

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MENG Qide, LIU Jinxuan
（State Key Laboratory of Fine Chemicals, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China）

Abstract: Metal-organic frameworks (MOFs), as promising precursors for specific morphologies
nanomaterials for oxygen evolution reaction (OER), have become a new research focus. Ultrathin
NiCoFe-MOF nanosheets were synthesized by solvothermal method on Ni foam substrate. The nanosheets
were transformed into metal hydrogen (hydroxyl) oxides by in-situ electrochemical conversion with the
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morphology preserved. When the current density was 10 mA/cm in 1 mol/L KOH electrolyte, the
overpotential of NiCoFe-MOF nanosheets was only 189 mV, and the Tafel slope was 35 mV/dec. Long-
term electrolysis experiment indicated that NiCoFe-MOF nanosheets had high stability. In-situ Raman
results revealed that the high activity of the OER derived from the "active oxygen" species intermediates.
Key words: water splitting; catalyst; oxygen evolution reaction; metal-organic frameworks; In-situ Raman
spectrum

氢能作为最有前途的新能源之一，已引起了广 用于 OER 的催化剂，加速反应的发生，是实现最终
[2]
泛关注。毫无疑问，电解水是生产 H 2 的最可持续的 的高效、节能制 H 2 的关键 。Pt、Ir、Ru 等贵金属
[1]
方法 。但在碱性介质中，水氧化反应（OER）作 对 OER 具有高的催化活性，被认为是目前最理想的
为电解水反应必不可少的半反应，涉及到 4 个电子 催化剂，但其高昂的成本、较差的稳定性限制了其
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[3]
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的转移（4OH →2H 2 O+4e +O 2 ），受到动力学反应速 在工业方面的应用 。因此，当务之急是开发地球上
率的限制，是整个电催化分解水的控速步骤。开发 储量丰富、高催化活性、优良稳定性的 OER 催化剂。

收稿日期：2021-04-09; 定用日期：2021-04-27; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210374
基金项目：国家自然科学基金（NSFC 21673032）；中央高校基本科研经费[DUT18RC(3)055]；厦门大学固体表面物理化学国家重点实
验室（201812）
作者简介：孟齐德（1995—），男，硕士生，E-mail：31807126@mail.dlut.edu.cn。联系人：刘进轩（1978—），男，教授，E-mail：
jinxuan.liu@ dlut.edu.cn。