Multi-metallic Metal–Organic Framework Nanosheets with 3D Flower-like Nanostructure-Based Natural Seawater Splitting toward Stable Industrial-Scale Current Density

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作者
Ngoc Quang Tran,Thuong Thuong Truong,Thuy Tien Nguyen Tran,Thuy‐Kieu Truong,Jianmin Yu,Tuan Dung Nguyen,Thi Anh Le,Cuong Chi Nguyen,Linh Hồ Thùy Nguyễn,Nam Hoang Vu,Yoshiyuki Kawazoe,Thắng Bách Phan,Tân Lê Hoàng Đoàn
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (2): 1038-1050 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06742
摘要

Rational modification of the chemical components of the metal–organic framework (MOF) is one of the most promising and challenging strategies to alternate noble metals in the electrochemical water-splitting field. Multimetallic MOFs have emerged as excellent materials for several applications; however, it remains a significant challenge to synthesize and characterize these materials. In this work, we report a facile approach to synthesizing a series of multimetallic MOF nanosheet-assembled hierarchical flower-like morphologies as highly active and durable electrocatalysts for natural seawater electrolysis. Simultaneously, their three-dimensional hierarchical nanostructures and multimetallic components can provide abundant active sites, improve intrinsic catalytic activity, and facilitate electron transfer. Consequently, the obtained RhCoNi-MOF exhibits overpotentials as low as 40, 48, and 50 mV at 10 mA cm–2 in alkaline freshwater, alkaline simulated seawater, and alkaline natural seawater. In natural seawater, the RhCoNi-MOF also offers an outstanding performance comparable to Pt/C. Impressively, a two-electrode overall seawater electrolysis device using RhCoNi-MOF as a bifunctional catalyst requires a voltage of 1.52 V at 10 mA cm–2 and can stably maintain over 80 h. The density functional theory calculation reveals that the superior electrocatalytic activity of the RhCoNi-MOF can be attributed to the synergistic effects of introducing Co and Rh metal ions.
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