通過(guò)電解水制備氧氣和氫氣是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存電能的最有前途的解決方案之一。但是這一反應(yīng)的進(jìn)程主要受到陽(yáng)極反應(yīng)（產(chǎn)氧）的制約，因?yàn)殛?yáng)極涉及到質(zhì)子耦合的四個(gè)電子的轉(zhuǎn)移過(guò)程，因此經(jīng)常表現(xiàn)出緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。開(kāi)發(fā)廉價(jià)，高效以及穩(wěn)定的陽(yáng)極催化劑是科學(xué)家們共同面臨的一大挑戰(zhàn)。
德國(guó)美因茨大學(xué)的Carsten Streb教授課題組報(bào)道了一種通過(guò)酸刻蝕，離子交換和低溫退火工藝將多酸摻雜的非晶二甲基咪唑鈷轉(zhuǎn)化為多金屬氧化物。該材料在電催化產(chǎn)氧方面展示出有優(yōu)異的催化性能和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。
開(kāi)發(fā)有效的水氧化催化劑（OECs）對(duì)于提高間歇性從電能到可儲(chǔ)存化學(xué)能源的轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。具體而言，二甲基咪唑鈷（ZIF-67）顯示出有序的孔隙率和高比表面積，使其成為摻入多酸（POM）的理想材料，可以同時(shí)引入可逆的多電子氧化還原行為。此外，在原生的ZIF-67中，大多數(shù)活性位點(diǎn)（即金屬節(jié)點(diǎn)和嵌入的多酸離子）被限制在框架內(nèi)部，使得反應(yīng)所需OH-的進(jìn)入有機(jī)框架從而接觸活性位點(diǎn)和氣態(tài)O2產(chǎn)物的釋放變得困難，導(dǎo)致性能往往受到限制。另外，由于多酸和ZIF-67本身的導(dǎo)電性能較差，其電催化性能受到限制。最后，多酸在堿性溶液中不穩(wěn)定，大多數(shù)多酸在pH>8時(shí)會(huì)自發(fā)降解。同樣地，ZIF-67在堿性介質(zhì)的電化學(xué)條件下也容易降解，從而原始框架崩潰并失去其孔隙度。 為此，Carsten Streb教授 課題組報(bào)道了一種通過(guò)酸刻蝕，離子交換和低溫退火將多酸摻雜的非晶二甲基咪唑鈷轉(zhuǎn)化為多金屬氧化物的合成工藝，最終得到負(fù)載到碳材料的多金屬氧化物復(fù)合材料。他們考察了該復(fù)合材料在堿性（1M的KOH水溶液）介質(zhì)中的電催化水氧化性能。結(jié)果顯示該材料具有優(yōu)異的電催化性能，在10 mA·cm-2對(duì)應(yīng)的電流密度下僅需306 mV的過(guò)電勢(shì)。其次，該材料也展示出長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。因此，該研究也為將來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新的電解水制氧催化劑提供了一條新的路徑。 論文信息 .POM@ZIF derived mixed metal oxide catalysts for sustained electrocatalytic oxygen evolution Y. Zhao, D. Gao, S. Liu, J. Biskupek, U. Kaiser, R. Liu, C. Streb Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202203220
