高效的水裂解在很大程度上受到滯氧析氧反應(OER)的限制，抑制了可持續能源的發展，引起了廣泛關注。通過半小時內的快速反應，成功合成了一種Cu-BTB微尺度金屬有機骨架材料。在隨后的熱解過程中，通過乙烯和氨的引入，MOF衍生的多級多孔納米碳的整個表面生長了大量含氮的碳納米管(NCNTs)，稱為NCNT/Cu/C。經過氧化處理后，得到了納米氧化銅(NCNT/CuO/C)，納米氧化銅表面形貌保存完好，石墨化程度較高。NCNTs對NCNT/CuO/C的高比表面積和電導率進一步使電解液在OER過程中更好地與活性材料接觸。優化后的NCNT/CuO/C在10 mA cm
2時過電位僅為369 mV, Tafel斜率為87.4 mV dec
-1，反應動力學快。研究結果表明，納米氧化銅摻雜納米碳納米管可以有效提高水氧化效率，可在未來的能源應用中得到進一步應用。
圖1制備MOF衍生的NCNT/CuO/C用于水氧化的原理圖。
圖2 (a)合成示意圖;(b) AU和Cu槳輪;(c)三維分子填充圖;(d)沿b軸查看; (e)單個單元細胞中的空腔;(f) TGA曲線;(g) Cu-BTB的N
2吸脫附和孔徑。
圖3 (a1, a2) Cu- BTB， (b1, b2) Cu/C， (c1, c2) CuO/C， (d1, d2) NCNT/Cu/C， (e1, e2) NCNT/CuO/C的SEM圖像;(f)合成和模擬的Cu-BTB的XRD譜圖;(g) PXRD;(h)MOF衍生的納米材料的拉曼光譜。
圖4. (a)TEM圖像;(b−e) HR-TEM圖像;(f) EDS頻譜;NCNT/CuO/C的(g−k)元素映射。
圖5 (a) XPS全譜;(b) NCNT/CuO/C的C 1s和(c) N 1s譜;Cu/C、CuO/C、NCNT/Cu/C和NCNT/CuO/C的(d) O 1s和(e) Cu 2p 的XPS。
圖6 (a)極化曲線;(b)塔費爾圖;(c) EIS光譜;(d)不同掃描速率下C
dl的線性擬合;(e) 在O
2飽和的1.0M KOH的RRDE伏安曲線及其電子轉移數;(f) NCNT/CuO/C的i-t曲線。
相關科研成果由溫州大學Jinjie Qian等人于2021年發表在ACS Appl. Nano Mater. (https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02659)上。原文：Carbon Nanotubes Grown on CuO Nanoparticle-Decorated Porous Carbon Microparticles for Water Oxidation。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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