In-situ synthesis to promote surface reconstruction of metal–organic frameworks for high-performance water/seawater oxidation

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作者
Guohao Na,Hongshun Zheng,Mingpeng Chen,Huachuan Sun,Tong Zhou,Yuewen Wu,Dequan Li,Qingjie Lu,Yun Chen,Jianhong Zhao,Yumin Zhang,Tianwei He,Bin Xiao,Jin Zhang,Feng Liu,Hao Cui,Qingju Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:678: 795-805
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.08.206
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) have gained tremendous notice for the application in alkaline water/seawater oxidation due to their tunable structures and abundant accessible metal sites. However, exploring cost-effective oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts with high catalytic activity and excellent stability remains a great challenge. In this work, a promising strategy is proposed to regulate the crystalline structures and electronic properties of NiFe-metal-organic frameworks (NiFe-MOFs) by altering the organic ligands. As a representative sample, NiFe-BDC (BDC: C8H6O4) synthesized on nickel foam (NF) shows extraordinary OER activity in alkaline condition, delivering ultralow overpotentials of 204, 234 and 273 mV at 10, 100, and 300 mA cm−2, respectively, with a small Tafel slope of 21.6 mV dec−1. Only a slight decrease is observed when operating in alkaline seawater. The potential attenuation is barely identified at 200 mA cm−2 over 200 h continuous test, indicating the remarkable stability and corrosion resistance. In-situ measurements indicate that initial Ni2+/Fe2+ goes through oxidation process into Ni3+/Fe3+ during OER, and eventually presents in the form of NiFeOOH/NiFe-BDC heterojunction. The unique self-reconstructed surface is responsible for the low reaction barrier and fast reaction kinetics. This work provides an effective strategy to develop efficient MOF-based electrocatalysts and an insightful view on the dynamic structural evolution during OER.
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