Structural Reconstruction of a Cobalt- and Ferrocene-Based Metal–Organic Framework during the Electrochemical Oxygen Evolution Reaction

析氧 材料科学 电催化剂 过电位 催化作用 金属有机骨架 电化学 化学工程 电解质 无机化学 电极 吸附 化学 有机化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Thomas Doughty,Andrea Zingl,Maximilian Wünschek,Christian M. Pichler,Matthew B. Watkins,Souvik Roy
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (31): 40814-40824 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03262
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) are increasingly being investigated as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) due to their unique modular structures that present a hybrid between molecular and heterogeneous catalysts, featuring well-defined active sites. However, many fundamental questions remain open regarding the electrochemical stability of MOFs, structural reconstruction of coordination sites, and the role of in situ-formed species. Here, we report the structural transformation of a surface-grown MOF containing cobalt nodes and 1,1′-ferrocenedicarboxylic acid linkers (denoted as CoFc-MOF) during the OER in alkaline electrolyte. Ex situ and in situ investigations of CoFc-MOF film suggest that the MOF acts as a precatalyst and undergoes a two-step restructuring process under operating conditions to generate a metal oxyhydroxide phase. The MOF-derived metal oxyhydroxide catalyst, supported on nickel foam electrodes, displays high activity toward the OER with an overpotential of 190 mV at a current density of 10 mA cm–2. While this study demonstrates the necessity of investigating structural evolution of MOFs during electrocatalysis, it also shows the potential of using MOFs as precursors in catalyst design.
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