合理設(shè)計(jì)催化劑的空間結(jié)構(gòu)對(duì)于通過(guò)暴露催化活性中心和增加比表面積來(lái)提高催化性能至關(guān)重要。
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張嘉恒和朱振業(yè)等通過(guò)控制合成過(guò)程中離子液體的體積，對(duì)CoNi金屬-有機(jī)骨架(MOF)的雜原子摻雜和形貌進(jìn)行了調(diào)控，隨后經(jīng)過(guò)硒化處理后形成N、P和F三摻雜碳(NPFC)包裹的CoSe2-NiSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)(CoSe2-NiSe2/NPFC)。所制備的CoSe2-NiSe2/NPFC具有許多優(yōu)點(diǎn)：首先，與未添加離子液體的片狀中空結(jié)構(gòu)相比，立方多孔狀CoSe2-NiSe2/NPFC比表面積增加了近400%；其次，從離子液體中引入N、P和F摻雜物，導(dǎo)致碳材料中暴露更多的活性位點(diǎn)并增強(qiáng)了電負(fù)性，從而提高了CoSe2-NiSe2/NPFC收集質(zhì)子的能力；最后，CoSe2-NiSe2異質(zhì)結(jié)界面上的電荷轉(zhuǎn)移影響了各組分的電子分布和電子結(jié)構(gòu)，從而改善了HER和超級(jí)電容器的性能。此外，研究人員使用同步輻射來(lái)比較CoSe2-NiSe2/NPFC、CoSe2/NPFC和NiSe2/NPFC中的Ni k邊和Co k邊，以揭示電荷轉(zhuǎn)移途徑。同時(shí)，密度泛函理論(DFT)計(jì)算驗(yàn)證了CoSe2-NiSe2/NPFC中的異質(zhì)結(jié)和N、P和F三摻雜碳對(duì)電子結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用，由此產(chǎn)生的OH*/H*吸附降低了能壘提高了HER和超級(jí)電容性能。因此，CoSe2-NiSe2/NPFC在酸性和堿性溶液中均表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性，其在10 mA cm?2電流密度下的過(guò)電位分別為57 mV和86 mV。同時(shí)，CoSe2-NiSe2/NPFC作為陰極材料在柔性固態(tài)超級(jí)電容器中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，在15.9 kW kg?1的極高功率密度下，其能量密度為55.7 Wh kg?1；其在1.0 A g?1的電流密度下也表現(xiàn)出持續(xù)更長(zhǎng)的放電時(shí)間(比容量: 649.5 C g?1)。綜上，這種材料的設(shè)計(jì)為利用離子液體調(diào)制金屬氧化物膜的形貌，以及從金屬氧化物膜中衍生異質(zhì)結(jié)和雜原子摻雜碳提供了新的思路。Ionic Liquid Meets MOF: A Facile Method to Optimize the Structure of CoSe2-NiSe2 Heterojunctions with N, P, and F Triple-Doped Carbon Using Ionic Liquid for Efficient Hydrogen Evolution and Flexible Supercapacitors. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202206029
