通過溶劑熱法合成了PcCu-O8-Co二維導電MOFs。通過紅外和X射線(XRD)測試證實MOFs的成功合成。結合分析XRD和高分辨電鏡表征(TEM)數據分析,我們確認合成的PcCu-O8-Co二維MOFs具有優秀的結晶性。氣體吸附測試說明其具有較高比表面積(412m2/g)和豐富的孔道結構,有利于暴露更多的活性位和促進氧氣/電解液的傳輸。
圖1. a) PcCu-O8-Co的結構示意圖;
b) PcCu-O8-Co的實驗和理論模擬XRD圖;
c-d) PcCu-O8-Co的TEM圖;
e) PcCu-O8-Co的氮氣吸脫附曲線(插圖:孔徑分布圖);
f)PcCu-O8-Co的Co 2p和Zn2p XPS圖。
圖2. PcCu-O8-Co中Cu (a)和Co(b)的XAENS圖;
c-d) PcCu-O8-Co的EPR表征圖。
電化學測試結構說明PcCu-O8-Co二維MOFs具有優秀的ORR催化活性(E1/2=0.83V vs. RHE, n=3.93, and jL=5.3mA/cm2)和穩定性(10000圈循環活性無顯變化)。作為Zn-air電池的陰極催化劑時,該電池**電流功率密度(94mW/cm2),超越商業貴金屬Pt/C催化劑(78.3mW/cm2),說明PcCu-O8-Co作為ORR催化劑的應用潛力。通過理論計算和原位拉曼光譜電化學,以及對比實驗再次證實CoO4為活性中心。
圖3. a) PcCu-O8-Co/CNT的氬氣和氧氣飽和電解液下的CV對比圖;
b) PcCu-O8-Co/CNT的不同轉速下的ORR極化曲線(插圖為對應的不同電勢下的K-L曲線);
c) PcCu-O8-Co/CNT,PcCu-(OH8)/CNT和Pc-O8-Co/CNT的ORR極化曲線對比圖;
d) PcCu-O8-Co/CNT的不同循環次數后的ORR極化曲線;
e-f) 以PcCu-O8-Co/CNT為陰極催化劑的一次鋅空氣電池充放電曲線和容量曲線。