苏大/柏林工大Small：碳点与Co-ZIF纳米阵列原位耦合实现高效析氧

碱性电解水制氢因其绿色、可持续性以及与太阳能和风能相结合的可行性而备受关注。然而电解水过程中的阳极析氧反应(OER)涉及四电子转移过程，严重降低了电解效率。已经有研究发现IrO₂和RuO₂等贵金属基氧化物可以加快OER效率，但贵金属的稀缺性和高成本大大限制了其广泛应用。在此背景下，在过去的几年中，人们做出了巨大的努力：将过渡金属(TM，如Mn，Fe，Co和Ni)基化合物开发成廉价、高效和稳定的OER电催化剂，其中一些已显示出在实际应用方面的潜力。

苏州大学陈子亮和康振辉以及柏林工业大学Prashanth W. Menezes(共同通讯)等人利用碳布(CC)并将碳点(CDs)原位插入到钴基沸石咪唑骨架(Co-ZIF)纳米片阵列(Co-ZIF/CDs/CC)中，构建了一种独特的异质复合催化剂。

利用标准三电极系统测试了Co-ZIF/CDs/CC在1.0 M KOH电解质中的电催化OER性能，同时测试了Co-ZIF/CC、RuO₂、CC和CDs/CC的OER活性。Co-ZIF/CDs/CC在过电位仅为226 mV时达到了10 mA cm^-2的电流密度，低于Co-ZIF/CC(256 mV)和CDs/CC(326 mV)。

值得注意的是，在100 mA cm^-2的电流密度下，Co-ZIF/CDs/CC只需要401 mV的过电位，这显著低于Co-ZIF/CC(461 mV)，表明CDs显著增强了催化剂的OER活性。此外，还测试了商用RuO₂沉积在CC上(RuO₂/CC)和纯CC的OER性能，Co-ZIF/CDs/CC的OER性能与RuO₂/CC相当并且Co-ZIF/CDs/CC的OER性能在最近报道的以CC作为基底的MOF电催化剂中也处于最高水平。

值得注意的是，纯CC表现出较差的OER活性，这意味着它们对复合材料的OER活性贡献很小。另一方面，与Co-ZIF/CC(214 mV dec^-1)和CDs/CC(272 mV dec^-1)相比，Co-ZIF/CDs/CC具有更小的Tafel斜率(147 mV dec^-1)。以上结果强烈表明，在一定电位范围内，CDs在改善催化剂的OER反应动力学方面具有积极作用。

基于表面、相和电子的一系列表征揭示了CDs诱导Co-ZIF的比表面积、电荷转移能力和物理缺陷的增强，有利于金属位点的暴露、质量扩散能力的提升以及配位不饱和金属位点的生成，从而促进OER过程中Co-ZIF向非晶COOH活性相的转变。有趣的是，CDs仍然可以与重构的COOH相很好地耦合，这可能会进一步优化催化剂的OER性能。

此外，二维纳米阵列和无粘结剂的电极设计也有助于OER性能的提高。值得注意的是，与MOF材料本身相比，MOF衍生物通常具有更高的电导率，这将有利于电化学反应过程中的电荷转移，从而提高性能。然而，对MOF进行后处理(例如高温退火或溶剂热反应)以获得相应的MOF衍生物不可避免地导致孔隙的严重损失和表面积的显著减少，这降低了MOF的本征优势。在这方面，本文的研究结果也证明了直接利用纯MOF或与MOF相关的复合材料进行电解的巨大潜力，同时丰富了先进的过渡金属基电催化剂材料体系，并为合理设计高性能OER电催化剂开辟了一条道路。

In situ coupling of carbon dots with Co-ZIF nanoarrays enabling highly efficient oxygen evolution electrocatalysis, Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202206723.

https://doi.org/10.1002/smll.202206723.

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