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Inorg. Chem.:电纺铁掺杂ZIF-67纳米纤维的制备及其在高效电分解水中的应用
2021/4/9 13:36:19 易丝帮

DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c00097

探索出可用于水分解反应的资源丰富、无贵金属、高效的电催化剂,对于实现不可再生能源的生产具有重要意义。尽管金属有机骨架(MOF)基材料在材料化学领域是很有前途的候选材料,但对与MOFs和一维(1D)纤维基质相关的组合特性(可导致更好的电催化性能)却知之甚少。在此,研究者通过湿化学结合静电纺丝(ES)法制备了ZIF-67(沸石咪唑酸酯骨架)纳米纤维(NFs)、Fe-ZIF NFs和Fe-ZIF-67 NFs。将合成的催化剂用于电化学反应,其显示较高的析氧反应(OER)催化性能。与其他催化剂相比,Fe-ZIF-67 NF催化剂在10 mA cm-2的固定电流密度下显示出低至278mV的过电位,Tafel斜率和Rct值分别为77 mV dec-1和1.2Ω。X射线光电子能谱(XPS)分析揭示了OER研究过程中FeOOH的转变以及混合Fe-ZIF-67 NFs中的Co3+态。在碱性电解槽中,以Fe-ZIF-67 NFs为负极,Pt线为正极,在1M KOH溶液中,当电流密度为10 mA cm-2时,电池电压为1.68V且稳定性良好。因此,该工作为探索可用于能源相关领域的高效非贵金属催化剂提供了新的见解。

 

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图1.Fe-ZIF-67 NFs的低(a,b)和高(c-f)放大倍率FE-SEM图像。


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图2.Fe-ZIF-67 NFs的HR-TEM元素映射结果,其中“a”是混合色映射图像,(b-f)钴、铁、碳、氮和氧的映射结果。


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图3.Fe-ZIF-67 NFs的高分辨率XPS光谱,其中“a-e”代表钴(2p),铁(2p),碳(1s),氮(1s)和氧(1s)光谱。


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图4.“a”为极化曲线,“b”给出了Tafel斜率值,“c”为EIS频谱,“d”为计时电流曲线。


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图5.“a,c,e”分别为ZIF-67 NFs、Fe-ZIF NFs和Fe-ZIF-67 NFs的Cdl图,“b,d,f”分别为相应的ECSA值。


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图6.“a”显示电池电位为1.68V的极化曲线,“b”显示计时电流曲线。


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图7.“a-c”为Fe-ZIF-67 NFs电解后的低放大倍率和高放大倍率HR-TEM图像,“d”为显示多晶性质的相应SAED图谱,“e-i”为Fe-ZIF-67 NFs经FE-SEM分析后的颜色映射结果,分别对应于钴、铁、碳、氮和氧。


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图8.Fe-ZIF-67 NFs电解后的高分辨率XPS光谱,其中(a-e)分别对应于Co2p、Fe2p、C1s、N1s和O1s。


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