Structural transformation of highly active metal–organic framework electrocatalysts during the oxygen evolution reaction

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作者
Shenlong Zhao,Chun Hui Tan,Chun‐Ting He,Pengfei An,Feng Xie,Shuai Jiang,Yanfei Zhu,Kuang‐Hsu Wu,Binwei Zhang,Haijing Li,Jing Zhang,Yuan Chen,Shaoqin Liu,Juncai Dong,Zhiyong Tang
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:5 (11): 881-890 被引量:743
标识
DOI:10.1038/s41560-020-00709-1
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) are increasingly being investigated as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER). Despite their promising catalytic activity, many fundamental questions concerning their structure−performance relationships—especially those regarding the roles of active species—remain to be answered. Here we show the structural transformation of a Ni0.5Co0.5-MOF-74 during the OER by operando X-ray absorption spectroscopy analysis and high-resolution transmission electron microscopy imaging. We suggest that Ni0.5Co0.5OOH0.75, with abundant oxygen vacancies and high oxidation states, forms in situ and is responsible for the high OER activity observed. The ratio of Ni to Co in the bimetallic centres alters the geometric and electronic structure of as-formed active species and in turn the catalytic activity. Based on our understanding of this system, we fabricate a Ni0.9Fe0.1-MOF that delivers low overpotentials of 198 mV and 231 mV at 10 mA cm−2 and 20 mA cm−2, respectively. Metal–organic frameworks (MOFs) are increasingly being explored for electrocatalytic oxygen evolution, which is half of the water splitting reaction. Here the authors show that, under reaction conditions, mixed metal oxyhydroxides form at the nodes of bimetallic MOFs, which are highly catalytically active.
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