樓雄文Angew. Chem. Int. Ed.： NiCoP/C納米盒子用于析氧反應，具備增強析氧催化活性

【引言】

納米中空結構由于其比表面積大、結構獨特，在電化學儲能和能源轉化領域中是一類發展前景廣闊的電極材料。先前就有報道，表明摻有鎳鈷的MoS₂納米盒子在析氫（HER）反應中表現出了優異的電催化性能。近年來，納米結構的金屬磷化物在電催化、光催化、鋰離子電池、鈉離子電池等領域應用的研究更是層出不窮，尤其是在HER中，金屬磷化物表現出了巨大的潛力。對金屬磷化物的結構調控，可以實現性能的優化。目前，中空納米結構的合成機理研究尚未深入，尋求高效的制備方法對于納米中空結構的研究還存在著很多挑戰。利用類金屬有機骨架（MOF）合成策略，制備鏤空納米結構也是目前一個研究的熱點。

【成果簡介】

最近，Angewandte Chemie International Edition刊登了一篇題為“Carbon-Incorporated Nickel – Cobalt Mixed Metal Phosphide Nanoboxes with Enhanced Electrocatalytic Activity for Oxygen Evolution”的文章，報道了南洋理工大學化學與生物工程學院的樓雄文教授 (通訊作者) 課題組關于磷化鎳鈷中空結構在電催化中的最新成果。研究人員利用ZIF-67立方體顆粒為先驅體，通過金屬有機骨架（MOF）策略合成了含碳的鎳鈷雙金屬磷化物納米盒子（NiCoP/C），并對其電化學性能進行了測試——析氧反應（OER）。由于其獨特的中空納米結構和組成成分，NiCoP/C納米盒子表現出了較強電催化活性，僅僅在330 mV的過電勢下，電流密度就可達到10 mA·cm^-2。此外，該材料在OER反應中的穩定性也大為增強，相同條件下，優于具備同種結構的NiCoP納米盒子 和 雙層氫氧化鎳鈷（Ni-Co LDH）納米盒子（作為對比）。

【圖文導讀】

圖1? NiCoP/C納米盒子的合成過程示意圖

I) ZIF-67@LDH納米盒子的制備；

II) 通過磷化制備NiCoP/C 納米盒子；

圖2? 25℃下制備的NiCoP/C納米盒子的形貌表征

(a,b)? NiCoP/C納米盒子的FESEM圖；

(c,d)? NiCoP/C納米盒子的TEM圖；

圖3? 形貌表征及元素譜圖

(a,b)? NiCoP/C納米盒子的FESEM圖；

(c)? NiCoP/C納米盒子的TEM圖；

(d)? NiCoP/C納米盒子的HAADF-STEM圖；

(e-g)? NiCoP/C納米盒子的元素圖譜：Ni (e)、Co (f)、P (g)；

圖4? 電化學性能測試

測試條件為0.1 M的氧氣飽和的KOH溶液

(a)? 極化曲線；

(b)? 塔菲爾曲線；

(c)? 計時電流曲線；

【小結與展望】

利用ZIF-67納米立方體顆粒作為前軀體，采用類MOF合成策略，成功制備了NiCoP/C納米盒子材料。通過FESEM和TEM表征，證實了其具備空納米結構。電化學性能測試結果表明，在330 mV的過電勢下，電流密度就可達到10 mA·cm^-2，且穩定性優良，究其原因，如下所示：不同金屬磷化物之間的協同作用，和碳對電荷的運輸效率以及材料電導性的增強，使得NiCoP/C納米盒子材料的電催化活性得以增強；此外，納米盒子本身的多孔結構和較大的比表面積又能夠提供更多的反應位點，因而促進了OER反應效率。

這項工作為MOF衍生功能材料的設計和制備提供了一個新的思路。

文獻鏈接：Carbon-Incorporated Nickel–Cobalt Mixed Metal Phosphide Nanoboxes with Enhanced Electrocatalytic Activity for Oxygen Evolution(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI:?10.1002/anie.201612635)

本文由材料人新能源組 深海萬里 供稿，材料牛編輯整理。

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