电催化剂的氧还原和析出(ORR和OER)在可持续能源技术中发挥着重要作用。例如,Pt-和Ru/ ir基催化剂分别被视为ORR和OER基准,但其OER和ORR性能较差。所以单一的同时驱动**ORR和OER的电催化剂很难实现,因此,迫切需要开发具有双/多活性位点的**电催化剂来满足ORR和OER过程。
在此,给大家带来一篇基于铁/镍-酞菁共价有机聚合物(Fe/Ni-COPs)能同时满足ORR和OER过程。
以酞菁基共价有机聚合物为基础,采用席夫碱反应,通过控制载有不同金属肽菁的比例来控制合成,进一步在氮气的保存高温碳化,得到目标材料。
由下图的红外和碳谱可以看出反应已经进行(2870cm-1 C-H1690 cm-1 C=O)。而根据它的XRD的计算的晶面间距为3.6和TEM的衍射能够相互印证。而在高温处理过后,可以看到和已知的铁镍合金和氧化物的衍射峰有一定的重叠。和在没有高温处理之前可以明显的看到层状结构。
通过XPS元素的分析得出C, N, O, Fe和 Ni的比例为82.3%, 5.6%, 9.4%, 0.62%和0.47%,与设计的双金属比例为一比一很接近了。在单元素的拟合中也能得出金属元素主要是氮化物或氧化物的形式存在。
电化学测量中,ORR反应过程可以看出FeNi-COP-800起始电位和半波电位 (0.955 V和0.803 V)的接近基准Pt/C (0.99 V和0.825 V)。而FeNi-COP-800的Tafel曲线高于FeNi-COP-700和FeNi-COP-900,说明在800℃的效果更好。而在OER过程中,FeNi-COP-800起始点位接近与rO2/C。而**电流密度还比rO2/C还大。此外,FeNi-COP-800的Tafel曲线和10 mA cm-2的过电位都非常接近IrO2/C。
在与单金属的比较中,可以明显的看出双金属在OER和ORR的过程中性能都优于单金属。
如下图该材料用于自制的锌空气电池,使用FeNi-COP-800 (64mw cm-2)电池的大功率密度高于基准Pt/C (56 mW cm-2),长期循环试验表明,FeNi-COP-800的电压变化都低于标准的Pt/C。