鈷及其氧化物納米顆粒鑲嵌氮摻雜碳納米陣列的電催化水解性能研究

摘要：金屬有機物框架(MOFs),特別是其衍生物,因其高比表面積的多孔結構,在能量存儲與轉換領域表現出極大的應用前景.本文以三維(3D)柔性高導碳布(CarbonCloth/CC)為襯底,Co-MOF(ZIF-67)為前驅體得到鈷/鈷氧化物納米顆粒(Co-ONPs)鑲嵌的氮摻雜碳納米陣列結構(Co-O/NC).常溫溶液生長在CC上得到均勻的ZIF-67納米棒陣列(NRAs),經由Ar/H2還原成CoNPs鑲嵌的中空的NC陣列結構(Co/NC),再由空氣退火處理活化得到Co-O/NC,并直接用作堿性雙功能電化學全水解電極.在1mol/L的KOH電解液中,Co-O/NC樣品的HER性能相對較好,源于其相對較高的動力學性能、較小的電荷轉移電阻,以及較多的活性位參與到HER過程中.而對于OER性能,Co/NC則表現稍好,因為Co-O/NC在預氧化過程形成更穩定的Co-O鍵,不便于OER中間體的有效吸附與解吸附.本項工作為NPs鑲嵌的中空納米陣列結構的設計,以及在其基礎之上高維度復合結構的構建,高性能電化學和柔性多功能器件的設計制備提供了良好的實例.