定制ZIF-67复合材料中的协同催化行为助力高效析氧反应

本文系统研究了ZIF-67（沸石咪唑酯骨架结构）单/双金属复合材料在析氧反应（OER）中的电催化性能。通过原位合成法制备的MWCN5%@Co-ZIF和MWCN5%@CoNi-ZIF电极材料表现出最优异的OER活性，在10 mA·cm?2电流密度下过电位低至275 mV，塔菲尔斜率分别为68.4和72.4 mV·dec?1。研究证实多壁碳纳米管（MWCN）作为高导电材料可显著提升金属有机框架（MOF）材料的电荷传输效率，为开发非贵金属电催化剂提供了新策略。

　　

结构形貌特征

通过X射线衍射（XRD）分析评估了制备样品的结晶度和相纯度。图1展示了模拟ZIF-67以及合成的Co-ZIF、CoNi-ZIF、MWCN_5%@Co-ZIF和MWCN_5%@CoNi-ZIF的XRD图谱。Co-ZIF和CoNi-ZIF样品中均清晰观察到Co-ZIF的特征峰，成功证实了Co-ZIF结构的形成。镍的掺入并未改变Co-ZIF骨架结构，因为衍射图谱保持一致。

结论

本研究采用原位湿化学法成功合成了Co-ZIF、CoNi-ZIF及其与多壁碳纳米管（MWCN）和钴型LTA沸石的复合材料。结构表征确认了目标复合材料的成功制备。在1.0 M KOH溶液中的电化学评估表明，MWCN和沸石的引入对Co-ZIF和CoNi-ZIF的OER性能产生了积极影响。线性扫描伏安（LSV）结果显示，MWCN_5%@Co-ZIF和MWCN_5%@CoNi-ZIF电极材料表现出最佳的OER性能，在10 mA·cm^?2电流密度下实现了低至275 mV的过电位。此外，在研究的复合材料中，Co-ZIF和Co/4 A@CoNi-ZIF表现出最高的OER速率能力和最低的塔菲尔斜率，分别为68.4和72.4 mV·dec^?1。在三种活性材料中，Co-ZIF展现出最大的电化学活性面积（ECSA），达到6.67 cm²，远高于CoNi-ZIF（2.33 cm²）和Co/4 A（1.67 cm²），这有助于提升其OER活性。电化学阻抗谱（EIS）测量进一步证实了MWCN_5%@Co-ZIF和MWCN_5%@CoNi-ZIF优异的OER活性，与其他材料相比，这些复合材料的奈奎斯特图弧线更小，电荷转移电阻（R_ct）值更低，表明其具有更快的反应动力学和改善的表面电荷特性。