鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:732次 | 2021年12月15日
中澳研究人員提出高活性MOFs設(shè)計(jì)方案 提高轉(zhuǎn)化效率
析氧反應(yīng)(OER)是導(dǎo)致分子氧生成的化學(xué)過程。這種反應(yīng)對于清潔能源技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要,包括水電解槽、再生燃料電池和可充電金屬空氣電池。
到目前為止,這種反應(yīng)發(fā)生的程度在許多材料中受到限制,這限制了某些類型能源技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率。因此,材料科學(xué)家一直在努力尋找替代材料,包括金屬、金屬氧化物和氫氧化物,它們可以用作電催化劑來推動這一反應(yīng)。然而,到目前為止確定的材料遠(yuǎn)不是大規(guī)模實(shí)施的理想材料,因?yàn)樗鼈儾皇翘貏e具有抵抗力,就是價格太貴。
一類被廣泛研究作為OER電催化劑的材料是金屬有機(jī)骨架(MOFs),雜化和晶體化合物,由有機(jī)分子包圍的正電荷金屬離子組成。雖然這些材料具有很好的催化性能,但科學(xué)家們尚未找到提高其性能的最佳策略。
中國國家納米科學(xué)技術(shù)中心、悉尼大學(xué)和中國科學(xué)院的研究人員最近設(shè)計(jì)了一種策略,使高活性MOFs在析氧反應(yīng)過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。發(fā)表在《自然能源》(NatureEnergy)上的一篇論文提出了這一戰(zhàn)略,可以增加新興能源技術(shù)的OER活動,從而提高其轉(zhuǎn)化效率。
電催化析氧的金屬有機(jī)骨架。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“2016年,我們發(fā)現(xiàn)了一類超薄金屬有機(jī)骨架納米片(UMOFNs),它在電催化氧氣演化方面表現(xiàn)出了優(yōu)越的活性和穩(wěn)定性,”進(jìn)行該研究的研究員之一唐智勇(ZhiyongTang)告訴TechXplore一經(jīng)報(bào)道,它就引起了科學(xué)界的廣泛興趣,并且使用不同的MOF基材料成功地提高了水裂解的催化活性。即使我們的MOFs設(shè)計(jì)看起來很有希望,但關(guān)于高OER催化活性起源的基本問題促使我們開始了為期五年的研究探索,最終以我們最近的論文告終?!?/p>
唐和他的同事最近進(jìn)行的這項(xiàng)研究的主要目的是揭示MOF電催化過程中OER活性高的來源和原因。最終,這將使研究人員能夠設(shè)計(jì)出高性能的OER電催化劑,從而降低能耗,提高電解槽的效率。
唐解釋說:“我們發(fā)現(xiàn)了一種電位誘導(dǎo)的MOF金屬陽極兩步重建法?!蔽覀儼l(fā)現(xiàn),在較低和較高的應(yīng)用電位下,金屬物種將分別轉(zhuǎn)化為Ni0.5Co0.5(OH)2和Ni0.5Co0.5OOH0.75種。原位生成的Ni0.5Co0.5OOH0.75(在高電位下)具有豐富的氧空位和高氧化狀態(tài),與高放氧活性有很好的相關(guān)性。
唐和他的同事們設(shè)計(jì)的OER過程中對高M(jìn)OFs進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的方法很簡單,最終可以用于在室溫下大規(guī)模生產(chǎn)清潔能源技術(shù)。利用這種方法,研究人員創(chuàng)造了OER催化劑,可以集成到各種可再生能源技術(shù)中,包括電解槽、金屬空氣電池和可逆燃料電池,提高它們的轉(zhuǎn)化效率。
MOFs的勢誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
“我們在MOF電催化過程中發(fā)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,并確定了高活性物種,”唐說本文介紹了MOFs催化的原子級催化機(jī)理,為設(shè)計(jì)高性能MOF基OER催化劑奠定了基礎(chǔ)。利用這一機(jī)制,我們開發(fā)了一種具有極低過電位的高性能NiFe-MOF催化劑,我們現(xiàn)在正在尋求額外的支持,以擴(kuò)大這項(xiàng)工作的規(guī)模,以便進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)?!?/p>