Defective ferrocene-based metal–organic frameworks for efficient solar-powered water oxidation via the ligand competition and etching effect

催化作用 纳米片 化学工程 析氧 金属有机骨架 分解水 无机化学 材料科学 二茂铁 化学 纳米技术 电化学 有机化学 吸附 物理化学 工程类 光催化 电极
作者
Huan Liu,Tengfei Zhang,Dan Cui,Zheng Yang,Yikun Cheng,Gang Wang,Long Chen
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:657: 664-671 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.12.024
摘要

Two-dimensional metal–organic frameworks are considered to be promising electrocatalytic materials due to their ultrathin lamellar structure, ultrahigh porosity and large surface area, but there are still many challenges such as the embedding of organic ligands leading to low density of active sites and poor conductivity. Herein, we synthesize two-dimensional ferrocene-based metal–organic frameworks nanosheet electrocatalysts via the one-step hydrothermal hydrogen peroxide etching method. The prepared FcNi-BDC-H2O2/NF exhibits excellent oxygen evolution reaction performance with a current density of 100 mA·cm-2 at only 258 mV and a small driving potential of 1.542 V (10 mA·cm-2) is required to achieve overall water splitting. Significantly, an overall water-cracked cell using a solar cell assembly achieves the solar hydrogen conversion efficiency of 19.5%. The introduction of high electronegativity ferrocene and the etching of H2O2 increase the Ni3+ content of FcNi-BDC-H2O2, and expose more unsaturated active sites, which improve the intrinsic activity of the catalysts and the mass transfer rate during the catalytic process. Moreover, the FcNi-BDC-H2O2/NF demonstrates significant urea oxidation reaction performance, achieving a potential of 1.35 V and producing 10 mA·cm-2. This study presents a viable approach to investigating highly efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction and urea oxidation reaction using MOF-based bifunctional catalysts.
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