Ultrathin Two-Dimensional Polyoxometalate-Based Metal–Organic Framework Nanosheets for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution

多金属氧酸盐 化学 金属有机骨架 催化作用 金属 电极 电催化剂 无机化学 纳米技术 组合化学 吸附 电化学 材料科学 物理化学 有机化学
作者
Lei Wang,Ani Wang,Zhen‐Zhen Xue,Ji‐Xiang Hu,Song‐De Han,Guo‐Ming Wang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:61 (45): 18311-18317 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c03431
摘要

The rational design of 2D polyoxometalate-based metal–organic framework (POMOF) nanosheets on a conductive substrate as a self-supporting electrode is highly attractive but a great challenge. Herein is the first demonstration of POMOF nanopillar arrays consisting of 2D nanosheets as a self-supported electrode for the hydrogen evolution reaction (HER) in acidic conditions. Single-crystal X-ray analysis reveal that our as-prepared 2D [Co2(TIB)2(PMo12O40)]·Cl·4H2O [named CoMo-POMOF; TIB = 1,3,5-tris(1-imidazoly)benzene] crystalline materials are connected by Co-α-Keggin polymolybdate units act as secondary building blocks and TIB as the organic ligands. The 2D CoMo-POMOF nanosheets were successfully arrayed on a conductive nickel foam substrate by a facile CoO nanorod template-assisted strategy. Remarkably, the CoMo-POMOF nanopillar arrays demonstrate superior electrocatalytic performance toward the HER with an overpotential of 137 mV and Tafel slope of 59 mV dec–1 at 10 mA cm–2, which are comparable to those of state-of-the-art POMOF-based electrocatalysts. Density-functional theory (DFT) calculations demonstrate that the exposed bridging oxygen active sites (Oa) of Co-α-Keggin polymolybdate units in CoMo-POMOF optimize the Gibbs free energy of H* adsorption (ΔGH* = −0.11 eV) and increase the intrinsic HER activity.

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