Amorphous dominated metal hydroxide-organic framework with compositional and structural heterogeneity for enhancing anodic electro-oxidation reactions

析氧 无机化学 催化作用 化学 过电位 电化学 酒精氧化 电催化剂 材料科学 电极 物理化学 有机化学
作者
Wenjun Tang,Zebin Yu,Honglei Chen,Ronghua Jiang,Jun Huang,Shuang Li,Yanping Hou,Mi Wang,Han Pang,Jing Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:644: 358-367
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.095
摘要

Inorganic-organic hybrids are promising anode catalysts to realize high activity and stability. Herein, an amorphous-dominated transition metal hydroxide-organic framework (MHOF) with isostructural mixed-linker was successfully synthesized on nickel foam (NF) substrate. The designed IML24-MHOF/NF exhibited remarkable electrocatalytic activity with an ultralow overpotential of 271 mV for oxygen evolution reaction (OER) and a potential of 1.29 V vs. reversible hydrogen electrode for urea oxidation reaction (UOR) at 10 mA·cm-2. Furthermore, the IML24-MHOF/NF||Pt-C cell required only 1.31 V for urea electrolysis at 10 mA·cm-2, which was much smaller than traditional water splitting (1.50 V). When coupled with UOR, the hydrogen yield rate was faster (1.04 mmol·h-1) than with OER (0.32 mmol·h-1) at 1.6 V. The structure characterizations, together with operando monitoring, including operando Raman, Fourier transform infrared, electrochemical impedance spectroscopy, and alcohol molecules probe, revealed that: (1) amorphous IML24-MHOF/NF prefers self-adaptive reconstruction into active intermediate species against the external stimulus; (2) pyridine-3,5-dicarboxylate-incorporation into parent framework reconfigures electronic structure of system, thus mediating the absorption of oxygen-containing reactants during anodic oxidation reactions, such as O* and COO*. This work provides a new approach for boosting the catalytic activity of anodic electro-oxidation reactions by trimming the structure of MHOF-based catalysts.
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