激光誘導(dǎo)退火(LIA)技術(shù)可快速碳化導(dǎo)電襯底上的MOF

氫氣是一種可再生、環(huán)境友好的能源，已成為加劇大氣污染的化石燃料的最有前途的替代品之一。電化學(xué)分水是一種可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)氫氣的清潔能源，在能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的電催化金屬-有機(jī)骨架(MOF)熱轉(zhuǎn)化需要高溫、惰性氣氛、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致金屬顆粒嚴(yán)重聚集，多孔結(jié)構(gòu)不均勻。

來自南洋理工大學(xué)等單位的研究人員，介紹了一種高精度、低成本的激光誘導(dǎo)退火(LIA)技術(shù)，它能消除顆粒聚集，快速生成均勻的結(jié)構(gòu)，且活性中心曝光率高，可在常溫下幾分鐘內(nèi)碳化導(dǎo)電襯底上的MOF。通過系統(tǒng)地設(shè)計(jì)具有8個(gè)和12個(gè)襯底的MOF，成功地制作了一系列尺寸可控、柔性好的LIA-MOF/襯底器件。

這些LIA-MOF/襯底器件可以直接用作工作電極。值得注意的是，泡沫鎳上的LiA-MIL-101(Fe)在電流密度為50 mA cm?2時(shí)的超低過電位為225mV，在50h內(nèi)表現(xiàn)出良好的析氧穩(wěn)定性，表現(xiàn)出優(yōu)于最新報(bào)道的過渡金屬基電催化劑和商用RuO2的性能。物理表征和理論計(jì)算表明，LiA-MIL-101(Fe)的高活性源于激光處理過程中形成的Ni摻雜Fe3O4覆蓋層對(duì)中間體的良好吸附。此外，還組裝了LIA-MOF/襯底器件，以實(shí)現(xiàn)整體的水分解。提出的直線感應(yīng)加熱策略為制造可伸縮的儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換設(shè)備提供了一條低成本、低成本的途徑。

圖1.a)導(dǎo)電襯底上MOF的激光誘導(dǎo)退火示意圖。

圖2.a) LIA生成前后MIL-101(Fe)對(duì)NF不同大小的影響。更多精彩視頻抖音搜索“材料科學(xué)網(wǎng)”。

圖3.LIA-MOF對(duì)NF的組成和結(jié)構(gòu)分析

圖4.在1M KOH中，LIA-MOFs在NF上對(duì)OER和HER的電催化性能

圖5.OER過程的DFT模擬

圖6.a)LiA-MIL-101(Fe)在NF上的LSV極化曲線，在1mKOH中具有不同測(cè)試區(qū)域。

總之，本文展示了一種新穎而簡(jiǎn)單的LIA策略，在環(huán)境條件下使用聚焦的10.6μm CO2激光器在8個(gè)導(dǎo)電襯底上快速碳化12個(gè)MOF，以產(chǎn)生LIA-MOF。激光處理后的LIA-MOF緊密錨定在沒有粘結(jié)劑的襯底上，表現(xiàn)出獨(dú)特的核殼結(jié)構(gòu)，其中金屬納米粒子被多孔碳包裹。由于CO2激光器的高能量輸出和高分辨率，LIA-MOF可以在尺寸可控(高達(dá)15×15cm2)和高柔韌性的導(dǎo)電襯底上形成圖案。值得注意的是，LiA-MIL-101(Fe)在50 mA cm2時(shí)的超低過電位為225 mV，小的塔菲爾斜率為60 mV dec?1，在1m KOH中具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。物理表征和密度泛函(DFT)研究表明，LiA-MIL-101(Fe)表面Ni摻雜Fe3O4表面層的活性顆粒是OER活性增強(qiáng)的原因。此外，LIA-Ni-BDC||LIA-MIL-101(Fe)電解槽的整體除水性能優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的過渡金屬電解槽。
責(zé)任編輯：彭菁