Co-P-C Co-gedopeerde MOF Elektrokatalysatoren voor Efficiënte ORR en OER

Samenvatting

Het is dringend om hoogpresterende en goedkope bifunctionele elektrochemische katalysatoren te ontwikkelen voor zowel de zuurstofreductiereactie (ORR) als de zuurstofevolutiereactie (OER) voor de energiecrisis en milieuproblemen. Hier rapporteren we een serie ZIF-afgeleide Co-P-C co-gedopeerde polyhedrale materialen met een goed gedefinieerde morfologie. De geoptimaliseerde katalysator Co/P/MOFs-CNTs-700 vertoonde gunstige elektrochemische activiteiten met de laagste overpotentiaal van 420 mV om de stroomdichtheid van 10 mA cm⁻² te bereiken voor OER en de halfpotentiaal van 0,8 V voor ORR in 0,1 M NaOH. De prestaties kunnen goed verbeterd worden door fosforbron te doperen wat de morfologie aanzienlijk veranderde. Tegelijkertijd verbeteren de gedopeerde koolstofbronnen de geleiding, wat het een veelbelovende bifunctionele elektrochemische katalysator maakt en vergelijkbaar met commerciële elektrokataliatoren.

Inleiding

In de laatste jaren heeft de snel groeiende vraag naar energieduurzame ontwikkeling groot belang getrokken onder onderzoekers op het gebied van elektrochemische energieomzetting en energiedopslag technologieën. Om de vraag naar energieomzetting en -distributie te voldoen, zal het onderzoeken van een alternatief niet-edelmetaal elektrode materiaal met goed ontworpen structuur, gecontroleerde chemie, en uitstekende elektrochemische prestaties een constante achtervolging zijn. De zuurstofevolutiereactie (OER) en de zuurstofreductiereactie (ORR) zijn de belangrijke reacties die een significante rol spelen in de toepassing in zonnecellen, electrolysecellen, herlaadbare metaal-lucht cellen, brandstofcellen, enz. Niettemin, de trage kinetiek van OER en ORR beperkte de grootschalige benutting van de energieomzettingsefficiëntie ernstig.

Daarom zijn grote inspanningen gedaan om een efficiënte en stabiele elektrochemische katalysator te verkennen om de severe zuurstofreactie in de afgelopen decennia te verbeteren. Het is bekend dat edelmetaal katalysatoren de benchmark zijn van de zuurstofreactie. Echter, deze perspectief materialen lijdden aan schaarste, hoge kosten, en lage stabiliteit. Bijvoorbeeld, iridiumdioxide en rutheniumdioxide, de meest veelbelovende OER katalysatoren, vertonen uitstekende OER elektrokatalytische activiteiten zowel in zuur als alkalische condities bij lage overpotentiaal maar missen nog steeds langetermijn stabiliteit. De commerciële platina koolstof katalysator als een soort kathode elektrokatalysator met de briljante elektrochemische activiteit van ORR wordt nog steeds gekruisbeïnvloed door het elektrolyt, makkelijk te vergiftigen en mist bepaalde duurzaamheid. Gevolgelijk, door bovenstaande tekortkomingen van de kostbare katalysatoren, hebben steeds meer onderzoekers zich toegewijd aan het ontwerp van elektrochemische katalysatoren gebaseerd op de overvloedige elementen op aarde voor de duurzame ontwikkeling. Interessanterwijs hebben metaal-organische framework materialen (MOFs) enorme interesse getrokken vanwege hun lage kosten, overvloedige bronnen, en het vermogen om als templates te dienen voor de synthese van koolstof-gebaseerde nanoporeuze materialen. De kristallijne poreuze materialen MOFs zijn meestal gemakkelijk te ontwerpen door zelfassemblage van metaalionen en organische groepen. De koolstof-metaal complexen afgeleid van hen kunnen verschillende morfologieën bezitten, die extreem hoge oppervlaktes en hiërarchische poriënstructuren vertonen die enorm bijdragen aan de elektrochemische activiteiten van ORR en OER. Niettemin, de graad van grafitisering van deze materialen is relatief laag, wat de geleiding van de materialen vermindert.

Tegelijkertijd zijn koolstofnanomaterialen vanwege hun hoge geleiding en controleerbare morfologie extreem aantrekkelijk en zijn toegepast in veel elektrochemische apparaten, zoals polymere brandstofcel. Bovendien is bewogen dat koolstofnanomaterialen gedopeerd met heterogene elementen de katalytische activiteit en de oppervlaktechemie aanzienlijk kunnen verbeteren. De hetero-gedopeerde koolstofmaterialen hebben ook synergistische effect in directe katalyse van ORR. Daarom, om de geleiding en katalytische activiteit van de materialen te verbeteren, is het redelijk om efficiënte heterogeen atoom-gedopeerde materialen te synthetiseren van goedkope bronnen rijke materialen MOFs, die goed toegepast kunnen worden in brandstofcellen, metaal-lucht batterijen, enz.

Daarom rapporteren we een efficiënte bifunctionele elektrochemische katalysator van het metaal-organische framework met fosfor en koolstof co-gedopeerd door een in situ dopingsmethode. We hebben gevonden dat het doperen van heterogeen atoom de morfologie kan veranderen en de geleiding verbeteren bewijzen door SEM en XPS, wat het een gunstige lage overpotentiaal van 420 mV liet bezitten om de stroomdichtheid van 10 mA cm⁻² te bereiken voor OER en de halfpotentiaal van 0,8 V voor ORR in 0,1 M NaOH. Deze veelbelovende bifunctionele elektrochemische katalysator kan vergelijkbaar zijn met de commerciële elektrokataliatoren.

Methoden

Synthese van Co-MOF Koolstofnanomaterialen

Om de Co-MOF koolstofnanomaterialen te synthetiseren, werd een typische en eenvoudige methode uitgevoerd als volgt. Ten eerste werd 1,28 g 2-methylimidazol ultrasonisch gedispergeerd in 20 mL methanol om oplossing A te vormen. 1,0 g kobalt(II) acetylacetonaat werd ultrasonisch gedispergeerd in 60 mL methanol om oplossing B te vormen. Oplossing A werd langzaam toegevoegd aan oplossing B met continue ultrasonische behandeling voor 5 min, gevolgd door vigorroes roeren voor nog 10 min bij kamertemperatuur. Vervolgens werd het mengsel geseald in de polytetrafluoroethyleen reactor, die werd overgebracht in de lucht-droog oven en verwarmd van kamertemperatuur tot 160 °C en 24 uur bij 160 °C gehouden, gevolgd door natuurlijk afkoelen tot kamertemperatuur. De verkregen paarse vaste poeder was gecentrifugeerd en meerdere keren gewassen met methanol en gedroogd bij 70 °C overnachten. De bereide nanokristallen werden gepyrolyseerd onder een argon atmosfeer in een doorstroom kwartsbuis geplaatst in het centrum van een buisoven als volgt. Ten eerste werd het product verwarmd van kamertemperatuur tot 350 °C met een snelheid van 5 °C/min en 1 uur bij 350 °C gehouden. Vervolgens verhoogden we het tot de gewenste temperatuur (500, 600, 700, 800 en 900 °C) voor 2 uur met dezelfde verwarmingssnelheid om Co-MOFs-x te verkrijgen, waar "x" de carbonisatietemperatuur vertegenwoordigt.

Synthese van Co/P-MOF Koolstofnanomaterialen

Om de impact van P-doping op de elektrochemische activiteiten te achterhalen, werden verschillende fosfinebronnen tijdens de synthese geadopteerd. 1,28 g 2-methylimidazol werd ultrasonisch gedispergeerd in 20 mL methanol om oplossing A te vormen. 1,0 g kobalt(II) acetylacetonaat en 0,25 g fosforbron werden ultrasonisch gedispergeerd in 60 mL methanol om oplossing B te vormen. De fosforbronnen waren natriumhypofosfiet, trifenylfosfine, en O-trimethylfenyl fosfine. De volgende stappen waren hetzelfde als hierboven; we veranderden alleen de meest geschikte carbonisatietemperatuur naar 700 °C. Uiteindelijk kregen we de producten genaamd Co/P0-MOFs, CoP1-MOFs, en Co/P2-MOFs, waar P0, P1, en P2 natriumhypofosfiet, trifenylfosfine, en O-trimethylfenyl fosfine vertegenwoordigen, respectievelijk.

We kozen trifenylfosfine als de fosforbron en veranderden de massa van de fosforbron in stap 1 naar 0,5, 0,75 en 1,0 g, respectievelijk. De overige experimentele stappen bleven ongewijzigd. Het eindproduct werd genoemd Co/P/MOFs-700-0,25, Co/P/MOFs-700-0,5, Co/P/MOFs-700-0,75, en Co/P/MOFs-700-1,0, respectievelijk.

Synthese van Co-MOFs-C Koolstofnanomaterialen

Om de geleiding van het materiaal te verbeteren, werden additionele koolstofbronnen toegevoegd. 1,28 g 2-methylimidazol werd ultrasonisch gedispergeerd in 20 mL methanol om oplossing A te vormen. 1,0 g kobalt(II) acetylacetonaat en 0,125 g koolstofbronnen werden ultrasonisch gedispergeerd in 60 mL methanol om oplossing B te vormen. De koolstofbronnen waren koolstofnanotubes (CNTs), acetyleen zwart (CB), en A-OMCS die in ons eerdere artikel werden bereid en zuren behandeld. De volgende stappen waren hetzelfde als stap 2.2 (1). Uiteindelijk kregen we de producten genaamd Co/MOFs-CNTs-700, Co/MOFs-CB-700, en Co/MOFs-A-OMCS-700, respectievelijk.

Synthese van Co/P-MOFs-CNTs-700 Koolstofnanomaterialen

Om de geleiding en elektrokatalytische prestaties te verbeteren, werden koolstofbronnen en koolstofmaterialen tegelijkertijd één keer gebruikt. 1,28 g 2-methylimidazol werd ultrasonisch gedispergeerd in 20 mL methanol om oplossing A te vormen. 1,0 g kobalt(II) acetylacetonaat, 0,25 g trifenylfosfine, en 0,125 g CNTs met zuur behandeld werden ultrasonisch gedispergeerd in 60 mL methanol om oplossing B te vormen. De volgende stappen waren hetzelfde als hierboven. Uiteindelijk kregen we de producten genaamd Co/P/MOFs-CNTs-700.

Karakterisatie van de Gesynthetiseerde Koolstofnanomaterialen

Röntgendiffractie (XRD) werd uitgevoerd op TD-3500 (Tongda, China) diffractometer. Röntgenfotoelektronenspectroscopie (XPS) werd uitgevoerd met een fotoelektronenspectrometer K-Alpha+ (Thermo Fisher Scientific). Scanning elektronenmicroscopie (SEM) beelden werden verkregen met een SU8220 scanning elektronenmicroscoop (Hitachi, Japan). Hooge-hoek annulaire donker-veld (HAADF) imaging en energie-dispersieve spectrometer (EDS) elementaire mapping analyse werden uitgevoerd in de scanning transmissie elektronenmicroscopie (STEM) modus op een aberratie-gecorrigeerde FEI Tecnai f20 veldemissie transmissie; de elektronenmicroscoop werkte bij 200 kV.

Elektrochemische Tests

Alle elektrochemische activiteitsdata werden verzameld op een elektrochemische werkstation (Ivium, Nederland) bij kamertemperatuur, gekoppeld met een roterende schijfelektrode (RDE) systeem (Pine, VS) in een standaard drie-elektrodesysteem. Het drie-elektrodesysteem bestond uit een Pt-draad contre-elektrode, een Hg/HgO (0,1 M NaOH oplossing) referentie-elektrode voor het alkalische medium, en een glazen-koolstof-gebaseerde werkende elektrode (GC, 0,196 cm²). De katalysator-beladen elektroden werden verkregen als volgt. Ten eerste werd een katalysator inkt bereid door te ultrasoneren een mengsel van 1 mL van 0,25 wt% Nafion ethanol oplossing en 5 mg van de corresponderende katalysator voor 30 min. Vervolgens werd 20 μL katalysator inkt verspreid op een glazen-koolstof-gebaseerde werkende elektrode in de RDE tests. Tot slot werd de werkende elektrode gedroogd onder een infraroodlamp voor 1-2 min. De katalysatorbelading was ongeveer 0,5 mg cm⁻². Een 0,1 M NaOH oplossing werd gebruikt als het elektrolyt en werd gepurged met hoge zuiverheid N₂ of O₂ gas voor ongeveer 30 min vóór testen. Lineaire sweep voltammetrie (LSV) tests werden uitgevoerd bij een rotatiesnelheid van 1600 rpm en een potentiaal scansnelheid van 10 mV s⁻¹. Stabiliteitstest werd uitgevoerd op Autolab Elektrochemische Instrumentatie (Metrohm) werkstation in een standaard drie-elektrodesysteem, waarin OER was door chronopotentiometrie test uitgevoerd onder constante stroomdichtheid van 10 mA cm⁻² in 0,1 M NaOH met een belading van 0,2 mg cm⁻² en ORR was door chronoamperometrische respons test uitgevoerd onder constante potentiaal van 0,8 V onder dezelfde conditie. Alle potentiën zijn gecalibreerd ten opzichte van de reversibele waterstofelektrode (RHE).

Resultaten en Discussie

Zoals getoond in Fig. 1a, onthulde röntgendiffractie (XRD) dat we met succes polyeders van overgangsmetaal-organische framework materialen hebben gesynthetiseerd. Toen de carbonisatietemperaturen toenamen, worden de diffractiepieken bij 44,216°, 51,522° en 75,853° duidelijker, wat goed overeenkomt met de (111), (200) en (220) vlakken van de kubische kobalt (PDF#15-0806). Zoals bekend is, heeft de aanlaagtemperatuur een significant effect op de fysicochemische en elektrochemische prestaties van de monsters. Dus de verkregen monsters met een reeks temperatuurgradiënt werden elektrochemische metingen onderworpen om de geoptimaliseerde temperatuur te onderzoeken. Figuur 1b toont de elektrochemische activiteiten van de materialen behandeld bij verschillende temperaturen. Het is duidelijk te vinden dat de as-prepared katalysator gecarboniseerd bij 700 °C (Co/MOFs-700) de beste OER prestaties vertoont. De overpotentiaal is rond 480 mV om de stroomdichtheid van 10 mA cm⁻² in 0,1 M NaOH te bereiken.

Vervolgens werden de Co/MOFs vóór carbonisatie en de best presterende Co/MOFs-700 geselecteerd om SEM metingen uit te voeren. Zoals getoond in Fig. 1c, d, is de morfologie van de verkregen Co/MOFs-700 aanzienlijk veranderd na carbonisatie bij 700 °C. Veel vouw-achtige lijnen verschijnen op het oppervlak en zijn niet gladder dan de oorspronkelijke materialen zonder carbonisatie. Maar het bezit nog steeds de polyeder morfologie, met regelmatige deeltjesdispersie en geen instortingsteken.

Zoals eerdere artikelen rapporteerden, kan het doperen van fosfor in overgangsmetaal-organische framework polyeder de stabiliteit van het monster in zuur of alkalische oplossing verhogen en de elektrochemische katalytische activiteit effectief verbeteren door de elektroneutraliteit te breken en de O₂ adsorptie te faciliteren. Daarom zijn fosfor-gedopeerde monsters gesynthetiseerd met in situ dopingsmethode en het elektrochemische prestaties onderzocht. De verkregen producten werden genoemd Co/P0/MOFs-700, Co/P1/MOFs-700, en Co/P2/MOFs-700, terwijl P0, P1 en P2 de fosforbronnen van natriumhypofosfiet, trifenylfosfine en O-trimethylfenyl fosfine vertegenwoordigen, respectievelijk.

Volgens Fig. 2a, bezitten de diffractiepieken van de fosfor-gedopeerde monsters nog steeds het patroon van kubische kobalt (PDF#15-0806), wat aangeeft dat het doperen van een kleine hoeveelheid fosfor de structuur van de MOFs niet verandert. Vervolgens werden elektrochemische metingen uitgevoerd om de invloed van verschillende fosforbronnen op elektrochemische katalytische activiteiten te verkennen. Zoals getoond in Fig. 2c, tonen zowel de open potentiaal (0,87 V) als de half-golfpotentiaal (0,78 V) aan dat Co/P1/MOFs-700 de beste ORR activiteit bezit. Het is echter iets zwakker dan die van het oorspronkelijke product Co/MOFs-700 gecarboniseerd onder dezelfde temperatuur. Figuur 2d vertegenwoordigt de OER prestaties van verschillende producten gedopeerd met fosfor. Wanneer de limiet stroomdichtheid 10 mA cm⁻² is, bezit alleen Co/P1/MOFs-700 de laagste overpotentiaal van 430 mV, wat aantoont dat de incorporatie van fosfor in de monsters de OER activiteit kan verhogen, wat samenvalt met het gerapporteerde artikel dat incorporatie van fosfor de elektrische geleiding zou aanpassen en tegelijkertijd de snelle elektronenoverdracht faciliteren. Bovendien toont Fig. 2b een vergelijking tussen het monster met trifenylfosfine als fosforbron en het oorspronkelijke monster (Fig. 1c) zonder incorporatie van elementen. Het kan onthuld worden dat de incorporatie van fosfor de morfologie van het materiaal aanzienlijk beïnvloedde vergeleken met Co/MOFs-700. Daarom kan het doperen van fosfor niet alleen de elektrochemische activiteit verbeteren maar ook de morfologie van het monster veranderen.

Vervolgens gingen we door om de invloed op de kwaliteit van de gedopeerde fosforbron te onderzoeken. De verkregen producten met een verschillende molaire verhouding van P werden genoemd Co/P/MOFs-700-x (x = 0,25, 0,5, 0,75, 1,0), terwijl P trifenylfosfine vertegenwoordigt en x de kwaliteit van de fosforbron vertegenwoordigt. Figuur 4a toont dat toenemende inhoud van fosforbronnen, het XRD patroon toont dat de hoofddiffractiepieken in deze monsters nog steeds kobalt (PDF#15-0806) zijn. Zoals Fig. 4b toont, bezit Co/P/MOFs-700-0,5 de beste ORR activiteit wiens half-golfpotentiaal rond 0,8 V was onder deze fosfor-gedopeerde producten, maar de ORR activiteit van Co/P/MOFs-700-0,5 is niet significant toegenomen vergeleken met het oorspronkelijke monster Co/MOFs-700. Uit Fig. 4c is te zien dat de OER activiteit van de monsters significant toegenomen is met de toevoeging van trifenylfosfine verbindingen en afgenomen met de toename van massa van fosforbron. Wanneer de limiet stroomdichtheid 10 mA cm⁻² is, bezitten zowel Co/P/MOFs-700-0,25 als Co/P/MOFs-700-0,5 de minimale overpotentiaal van 450 mV, wat aangeeft dat alleen een passende hoeveelheid fosforbronnen de OER activiteit kan verbeteren terwijl de hoeveelheid van 0,25 en 0,5 het best presteren. Echter, vergeleken met commerciële platina koolstof (half-golfpotentiaal 0,81 V, limiet stroomdichtheid 5,43 mA cm⁻²) en uitstekende OER elektrokatalysator iridiumoxide (1,61 V @ 10 mA cm⁻²), blijft Co/P/MOFs-700-0,5 significant verschil onder de limiet stroomdichtheid in ORR prestaties. Zoals het artikel rapporteerde, wanneer de geleiding van het materiaal klein is, is de limiet stroomdichtheid ook klein.

Om de geleiding te verbeteren, maatten we eerst de huidige koolstofinhoud van de gesynthetiseerde Co/P/MOFs-700-0,5 geanalyseerd door EDS afbeeldingen. Volgens Fig. 5 is het duidelijk dat de kwaliteit van kobalt het meest uitmaakt wat bijna 52,38% inneemt, terwijl de kwaliteit van koolstof relatief minder is van 29,13%.

Daarom, om de geleiding van het materiaal te verbeteren, dopten we de monsters verder met koolstof zonder enige fosforbronnen. De verkregen producten werden genoemd Co/MOFs-CNTs-700, Co/MOFs-CB-700, en Co/MOFs-A-OMCS-700, respectievelijk. Figuur 6a toont dat het doperen van koolstof de structuur van de monsters niet beïnvloedt, wat nog steeds dezelfde diffractiepieken van kobalt (PDF#15-0806) behoudt. Zoals getoond in Fig. 6b, is te zien dat de limiet stroomdichtheid van de producten aanzienlijk toegenomen is met de incorporatie van koolstofbron in ORR, terwijl Fig. 6c aangeeft dat de incorporatie van koolstofbron geen zin heeft om de OER eigenschappen van de katalysatoren te verbeteren.

Gecombineerd met de eerdere experimentele data en conclusies, dopten we het oorspronkelijke monster met zowel fosfor als koolstof elementen door 0,5 g trifenylfosfine en een geschikte hoeveelheid verschillende koolstofbronnen (CNTs, CB en A-OMCS) toe te voegen aan het materiaal voor vergelijking. De verkregen monsters werden genoemd Co/P/MOFs-CNTs-700, Co/P/MOFs-CB-700, en Co/P/MOFs-A-OMCS-700, respectievelijk. Volgens Fig. 7a is er geen verandering van het XRD patroon, met alle monsters goed overeenkomend met kubische kobalt (PDF#15-0806). Zoals getoond in Fig. 7b, verhoogde co-doping met fosfor en koolstof de limiet stroomdichtheid en ORR prestaties van de producten aanzienlijk. Het monster Co/P/MOFs-CNTs-700 vertoont de beste ORR activiteit, waarin de half-golfpotentiaal en limiet stroomdichtheid 0,8 V en 4,81 mA cm⁻² zijn en 10 mV lager zijn dan die van commerciële platina koolstof. Bovendien, zoals duidelijk te zien in Fig. 7c, is de OER prestatie van de producten ook aanzienlijk verbeterd. Het monster Co/P/MOFs-CNTs-700 vertoont de laagste overpotentiaalspanning van 420 mV (Tabel 1). Vergeleken met de spanning corresponderend aan iridiumdioxide, is Co/P/MOFs-CNTs-700 slechts ongeveer 40 mV hoger dan iridiumdioxide. Daarom vertoont Co/P/MOFs-CNTs-700 een gunstige bifunctionele elektrokatalysator.

Daarnaast, om de stabiliteit van de best presterende Co/P/MOFs-CNTs-700 te beoordelen, werden chronopotentiometrie en chronoamperometrische respons tests uitgevoerd. Zoals te zien in Fig. 8a, b, steeg de overpotentiaal slechts 1,5 mV en de ORR prestatie verminderde met 79,5% na 18 uur continue tests, wat bewijst dat zowel OER als ORR activiteiten van Co/P/MOFs-CNTs-700 redelijk stabiel zijn in 0,1 M NaOH.

Scanning elektronenmicroscopie, EDS en mapping op het monster Co/P/MOFs-CNTs-700 zijn ook uitgevoerd. Zoals te zien in Fig. 9a–c, behield Co/P/MOFs-CNTs-700 de polyeder morfologie met veel vouw-achtige lijnen op het oppervlak. Bovendien is de incorporatie van koolstofnanotubes ingebouwd in het skelet van het product, wat het specifieke oppervlak van het product kan verhogen en meer adsorptieplaatsen voor elektrochemische reactie kan bieden. Figuur 9 d–g zijn de mapping analyse van het monster. Het is te zien dat de koolstof- en fosforbronnen uniform verdeeld zijn in het skelet van het monster en een geheel worden.

Zoals EDS toont, is de inhoud van fosfor en koolstof van het materiaal toegenomen vergeleken met het oorspronkelijke monster Co/MOFs-700 door in situ doping, wat leidt tot de verhoogde ORR en OER activiteit (Fig. 10). Het is lateraal aangetoond dat de incorporatie van twee soorten fosfor en koolstof elementen gunstig kan zijn om de elektrochemische activiteit van metaal-organische framework materialen bevattende kobalt te verhogen, omdat de elektronegativiteit van P (2,19) verschilt van die van koolstofatomen (C, 2,55). Co-doping zou de elektroneutraliteit breken wat de O₂ adsorptie kan faciliteren en de ORR activiteit verbeteren. Tegelijkertijd kunnen meer actieve plaatsen ontstaan door de co-doping fosfor en koolstof door de asymmetrische spindichtheid van heteroatomen te veranderen en de O-O binding effectief te verzwakken, wat leidt tot de verbeterde ORR activiteit.

De uitstekende elektrochemische activiteiten kunnen worden toegeschreven aan de volgende redenen. Ten eerste, het doperen van heteroatomen zou leiden tot de herverdeling van de ladingdichtheid op het katalysatoroppervlak, wat gunstig is om zuurstof te adsorberen en de ORR activiteiten te bevorderen. Ten tweede, co-doping verschillende atomen in de MOFs zou resulteren in het synergistische effect wat ook bijdraagt aan de verbeterde elektrochemische prestaties. Ten derde, is bewogen dat het OER mechanisme van Co-gebaseerde katalysator een dynamisch oppervlakte zelf-reconstructie proces is. De Co atomen op het oppervlak kunnen een zelf-geassembleerde metaal oxy(hydroxide) actieve laag van CoOOH vormen wat werkt als een echte actieve plaats. Naast de samenstelling, kan de unieke hybride structuur gecombineerd met zijn hoge geleiding groot oppervlak bieden voor snelle ladingsoverdracht.

Conclusie

Samengevat, is een efficiënte en kosteneffectieve polyeder overgangsmetaal-organische framework koolstofnanomateriaal (Co/P/MOFs-CNTs-700) co-gedopeerd met fosfor- en koolstofbronnen met succes gesynthetiseerd, wat kan dienen als een efficiënte en goedkope bifunctionele elektrochemische katalysator. De laagste overpotentiaal van Co/P/MOFs-CNTs-700 is 420 mV om de stroomdichtheid van 10 mA cm⁻² te bereiken voor OER, en de halfpotentiaal is 0,8 V voor ORR in 0,1 M NaOH, wat heel dicht bij die van commerciële elektrochemische katalysatoren ligt. Het kan gebruikt worden als een veelbelovende elektrochemische bifunctionele elektrokatalysator in het energiedopslagveld en biedt ook een veelbelovend inzicht om elektrochemische bifunctionele elektrokatalysatoren te ontwerpen.