Coordinately unsaturated metal-organicframework as an unpyrolyzed bifunctionalelectrocatalyst for oxygen reduction and evolutionreactions

Hao Wang, Xiudu Zhang, Fengxiang Yin,* Wenyu Chu and Biaohua Chen

純相金屬有機(jī)骨架（MOFs）在催化領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，但是由于這類材料的導(dǎo)電性不夠高，在能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)電催化領(lǐng)域中應(yīng)用受到的限制。銀鳳翔、陳標(biāo)華課題組理論計(jì)算研究發(fā)現(xiàn)，MOFs中的不飽和配位能降低空間位阻，促進(jìn)活性中心與水分子和氧氣分子的相互作用，降低電子傳導(dǎo)阻力，提高材料的導(dǎo)電性，使得這種MOFs在電催化中具有增強(qiáng)的質(zhì)量傳遞和電子傳遞特性。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，課題組采用鈷離子、均苯三甲酸和咪唑通過水熱反應(yīng)合成了金屬有機(jī)骨架Co-BTC-IMI，該材料中的一個(gè)Co離子分別被兩個(gè)去質(zhì)子化的均苯三甲酸連接，構(gòu)建了Co金屬中心的不飽和配位。該金屬有機(jī)骨架在堿性半電池中可提供0.80 V（參比可逆氫電極）的氧氣還原反應(yīng)半波電勢，并在10 mA·cm-2電流密度下提供了1.59 V（參比可逆氫電極）的氧氣析出反應(yīng)電勢。該工作在將純相MOFs直接應(yīng)用于氧氣電催化領(lǐng)域中取得了突破性進(jìn)展，為能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。近日，該成果已經(jīng)發(fā)表于國際頂級(jí)期刊Journal of Materials Chemistry A上。此項(xiàng)工作得到了江蘇省綠色催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省自然科學(xué)基金以及國家自然科學(xué)基金的資助。

Journal of Materials Chemistry A是材料科學(xué)大學(xué)科的頂級(jí)刊物，在物理化學(xué)、能源與燃料等學(xué)科領(lǐng)域享有盛譽(yù)，最新影響因子為11.301，中科院分區(qū)為一區(qū)。

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