Ultrastable Polymolybdate-Based Metal–Organic Frameworks as Highly Active Electrocatalysts for Hydrogen Generation from Water

过电位 化学 塔菲尔方程 金属有机骨架 多金属氧酸盐 催化作用 电解质 无机化学 化学工程 交换电流密度 氧化还原 阴极 电化学 电极 物理化学 有机化学 吸附 工程类
作者
Jun‐Sheng Qin,Dong‐Ying Du,Wei Guan,Xiangjie Bo,Yafei Li,Liping Guo,Zhong‐Min Su,Yuan Yuan Wang,Ya‐Qian Lan,Hong‐Cai Zhou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:137 (22): 7169-7177 被引量:655
标识
DOI:10.1021/jacs.5b02688
摘要

Two novel polyoxometalate (POM)-based metal-organic frameworks (MOFs), [TBA]3[ε-PMo(V)8Mo(VI)4O36(OH)4Zn4][BTB]4/3·xGuest (NENU-500, BTB = benzene tribenzoate, TBA(+) = tetrabutylammonium ion) and [TBA]3[ε-PMo(V)8Mo(VI)4O37(OH)3Zn4][BPT] (NENU-501, BPT = [1,1'-biphenyl]-3,4',5-tricarboxylate), were isolated. In these compounds, the POM fragments serving as nodes were directly connected with organic ligands giving rise to three-dimensional (3D) open frameworks. The two anionic frameworks were balanced by TBA(+) ions residing inside the open channels. They exhibit not only good stability in air but also tolerance to acidic and basic media. Furthermore, they were employed as electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) owing to the combination of the redox activity of a POM unit and the porosity of a MOF. Meanwhile, the HER activities of ε(trim)(4/3), NENU-5, and HKUST-1 were also studied for comparison. Remarkably, as a 3D hydrogen-evolving cathode operating in acidic electrolytes, NENU-500 exhibits the highest activity among all MOF materials. It shows an onset overpotential of 180 mV and a Tafel slope of 96 mV·dec(-1), and the catalytic current density can approach 10 mA·cm(-2) at an overpotential of 237 mV. Moreover, NENU-500 and NENU-501 maintain their electrocatalytic activities after 2000 cycles.
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