Resisting metal aggregation in pyrolysis of MOFs towards high-density metal nanocatalysts for efficient hydrazine assisted hydrogen production

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作者
Jieting Ding,Danyu Guo,Anqian Hu,Xianfeng Yang,Kui Shen,Liyu Chen,Yingwei Li
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:16 (5): 6067-6075 被引量:23
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4777-5
摘要

The preparation of supported high-density metal nanoparticles (NPs) is of great importance to boost the performance in heterogeneous catalysis. Thermal transformation of metal-organic frameworks (MOFs) has been demonstrated as a promising route for the synthesis of supported metal NPs with high metal loadings, but it is challenge to achieve uniform metal dispersion. Here we report a strategy of “spatial isolation and dopant anchoring” to resist metal aggregation in the pyrolysis of MOFs through converting a bulk MOF into dual-heteroatom-containing flower-like MOF sheets (B/N-MOF-S). This approach can spatially isolate metal ions and increase the number of anchoring sites, thus efficiently building physical and/or chemical barriers to cooperatively prevent metal NPs from aggregation in the high-temperature transformation process. After thermolysis at 1,000 °C, the B/N-MOFS affords B,N co-doped carbon-supported Co NPs (Co/BNC) with uniform dispersion and a high Co loading of 37.3 wt.%, while untreated bulk MOFs yield much larger sizes and uneven distribution of Co NPs. The as-obtained Co/BNC exhibits excellent electrocatalytic activities in both hydrogen evolution and hydrazine oxidation reactions, and only a voltage of 0.617 V at a high current density of 100 mA·cm−2 is required when applied to a two-electrode overall hydrazine splitting electrolyzer.

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