Electro-Bendable Metal–Organic Framework Nanosheets Enable Durable Electrocatalytic Water Oxidation at 1 A/cm2

催化作用 金属有机骨架 电催化剂 材料科学 金属 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 电化学 电极 有机化学 冶金 物理化学 吸附 工程类
作者
Yuanwu Liu,Lirong Wang,Congcong Liu,Johannes Kresse,Marielle Deconinck,René Hübner,Daria Mikhailova,Yana Vaynzof,Xiaoming Zhang,Alexander Eychmüller
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (11): 9353-9363 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c02167
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide The oxygen evolution reaction (OER) is a pivotal process in electrochemical systems, including metal-air batteries and water-splitting technologies. Despite the promise of metal–organic frameworks (MOFs) as OER electrocatalysts, their stability at elevated current densities (>500 mA cm –2 ) remains a key challenge for industrial applications. Herein, we developed a bimetallic MOF electrocatalyst, Fe 8.47 Ni 91.53 -2-amino-1,4-benzendedicarboxylate (Fe 8.47 Ni 91.53 -BDC-NH 2 ), exhibiting good stability at 1 A cm –2 for 100 h, with overpotentials of only 210 mV at 10 mA cm –2 and 273 mV at 100 mA cm –2 . The enhanced activity of the catalyst originates from the bending of freestanding FeNi-BDC-NH 2 nanosheets toward the nickel foam substrate during the OER, facilitating the formation of enlarged Mott–Schottky regions and accelerating electron transfer. Additionally, the reversible structural transformation of Ni-2-amino-1,4-benzendedicarboxylate (Ni-BDC-NH 2 ) during the OER, coupled with the introduction of Fe ions, effectively prevents the overoxidation of the active β-NiOOH intermediate to γ-NiOOH, further boosting the OER performance. This work provides insights into structural and electronic modifications that enable MOFs to achieve both high performance and stability at industrial current densities.
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