使用高效，低成本和穩(wěn)定的氧電極進行實際產(chǎn)氫對于未來可持續(xù)清潔能源的發(fā)展至關(guān)重要。在這里，報道了石墨烯-納米片支撐（Ni，F(xiàn)e）金屬-有機骨架（MOF）作為高效耐用（> 1,000小時）的陽極材料用于堿性水電解。碳纖維紙上的MOF電極實現(xiàn)10 mA cm-2電流密度時需要220 mV的過電位，（在鎳泡沫上，η= 180 mV，j = 20 mA cm-2），Tafel為51 mV/dec，高的周轉(zhuǎn)頻率（TOF：1.22 s-1），高的法拉第效率（99.1％）和長期耐用性（連續(xù)電解> 1000小時）。在堿性陰離子交換膜水電解槽（AAEMWE）中， 在1.85 V下實現(xiàn)的電流密度為540 mA cm-2（70℃），優(yōu)于Pt/C // IrO2體系。這些研究工作開發(fā)了持久耐用且高性能的AAEMWE和直接太陽能-燃料轉(zhuǎn)換，特別是代替高成本質(zhì)子交換膜（PEM）水電解等方面的應用。
Figure1. 合成NiFe-BTC-GNPs MOF的示意圖。
Figure 2. 基于MOF各種樣品(Ni-BTC, Fe-BTC, NiFe-BTC, NiFe-BTCGNPs) 的結(jié)構(gòu)表征。（a）NiFe-BTC MOF的單胞結(jié)構(gòu)，Ni-BTC, NiFe-BTC, NiFe-BTCGNPs樣品的（b）XRD圖，（c）IR譜，（d）Raman譜。
Figure 3. NiFe-BTC-GNPs MOF在1M KOH溶液中的OER性能。（a）各種催化劑樣品的極化曲線比較，（b）Tafel斜率，（c）電化學阻抗譜，（d）雙電層電流和掃速的線性關(guān)系，斜率等于雙電層電容Cdl，（e）ECSA歸一化的電流密度，（f）質(zhì)量活性和TOF值比較。
Figure 4.（a）NiFe-BTC-GNPs 的旋轉(zhuǎn)圓盤(RRDE)曲線，（b）氣相色譜(GC)分析獲得O2總量，（c）NiFe-BTC-GNPs 在循環(huán)50,000 CV 前后的OER性能，（d）NiFe-BTC-GNPs在固定電流密度下的計時電流響應，（e）EIS在連續(xù)電解前后的EIS譜圖比較。
Figure 5. 用NiFe-BTC-GNPs MOF為陽極，MoNi4/MoO2為陰極組裝的AAEM水電解體系，其單電池性能評估。（a）堿性陰離子交換膜水電解槽示意圖，（b）商業(yè)MEA 和該工作修飾的MEA用于AAEMWE進行比較，（c）電壓與電流密度的關(guān)系，（d）電池阻抗在連續(xù)測試中的變化情況，（e）單電池在恒定電壓 1.85 V下的長期穩(wěn)定性評估。
該研究工作由韓國國立蔚山科學技術(shù)院Kwang S. Kim課題組于2020年發(fā)表在Energy & Environmental Science 期刊上。原文：Graphene-Nanoplatelets Supported NiFe-MOF: High-Efficient and Ultra-Stable Oxygen Electrodes for Sustained Alkaline Anion Exchange membrane water Electrolysis。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
.jpg)
