Self-supported 2D Fe-doped Ni-MOF nanosheets as highly efficient and stable electrocatalysts for benzylamine oxidation

塔菲尔方程 材料科学 催化作用 析氧 分解水 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 电化学 电极 物理化学 冶金 工程类 光催化 生物化学
作者
Kangliang Wei,Xiang Wang,Xiuling Jiao,Cheng Li,Dairong Chen
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:578: 152065-152065 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.152065
摘要

Electrocatalytic water splitting is a competitive method to produce clean energy hydrogen, but it is largely limited by the slow anodic oxygen evolution reaction (OER). Replacing OER with low-thermodynamic oxidation process of benzylamine oxidation reaction (BOR) will significantly reduce energy consumption and produce economically beneficial chemicals simultaneously. Here we constructed self-supported 2D Fe-doped Ni-MOF nansheets on nickel foam (NiFe-MOF/NF) with precise control over Ni/Fe atomic ratios via a simple solvothermal method. When used as electrocatalysts for BOR, NiFe-MOF/NF shows an optimal performance with ultralow potential of 1.30 and 1.35 V at current densities of 10 and 100 mA cm−2 as well as accelerated electron transfer kinetics with an ultrasmall Tafel slope of 24.3 mV dec-1, which ranks among the top of BOR catalysts reported so far. The benzenitrile yield and Faraday efficiency reaches as high as 0.181 mmol mg−1h−1 and 99% with excellent stability. Such outstanding catalytic performances can be ascribed to the self-supported 2D nanosheets on 3D NF, hierarchical porous structure, abundant surface metallic sites, enhanced electrical conductivity and boosted synergy between metals after Fe doping. Our result suggests that such MOF catalysts are attractive for energy-saving water splitting and benzonitrile production.
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