Porphyrinic MOF derived Single-atom electrocatalyst enables methanol oxidation

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作者
Zhenyu Zhou,Jing Zhang,Soumya Mukherjee,Shujin Hou,Rachit Khare,Markus Döblinger,Ondřej Tomanec,Michal Otyepka,Max Koch,Pan Gao,Liujiang Zhou,Weijin Li,Roland A. Fischer
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:449: 137888-137888 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137888
摘要

Electrochemical methanol oxidation reaction (MOR) serves as a key route for renewable energy technologies. However, unmet challenges remain in the preparation of low-cost, efficient and robust electrocatalysts for MOR. Herein, a porphyrinic metal–organic framework (MOF) with spatially isolated Ni centres is prepared. Upon pyrolysis, this affords a single-atom Ni implanted nitrogen-doped porous carbon (20% Ni-N-C). Integrating abundant and accessible single-atom Ni sites, hierarchical porosity, excellent conductivity with stable Ni-N4 moieties all in one, the derived ultra-stable 20% Ni-N-C exhibits high MOR activity, impressive durability and CO tolerance, thereby outperforming state-of-the-art nonprecious metal based electrocatalysts. Computational insights reveal a low energy barrier of 1.19 eV for the rate-determining step, in agreement with the experimental observations of superior MOR activity. As the first foray into improving MOR efficiency with nonprecious metal based single-atom electrocatalysts, the yet-unrealized potential for MOFs and related modular hybrids is demonstrated.
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