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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:贾伟科,王群,苏骑,赵文潇,龚向宇,王际平.ZIF-67衍生的Co3O4/C在电催化析氢方面的应用[J].材料科学与工艺,2024,32(5):90-96.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230051.
JIA Weike,WANG Qun,SU Qi,ZHAO Wenxiao,GONG Xiangyu,WANG Jiping.ZIF-67 derived Co3O4/C for electrocatalytic hydrogen evolution[J].Materials Science and Technology,2024,32(5):90-96.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230051.
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ZIF-67衍生的Co3O4/C在电催化析氢方面的应用
贾伟科1,2,王群1,2,苏骑1,2,赵文潇1,2,龚向宇1,2,王际平1,2
(1. 上海工程技术大学 纺织服装学院,上海 201620;2. 上海纺织化学清洁生产工程技术研究中心,上海 201620)
摘要:
钴金属有机框架化合物(MOF)因其组成、结构和功能的特殊性,在用于电解水析氢的高效电催化剂的制备领域受到广泛关注。本文利用溶剂热法制备ZIF-67,并以其为前驱体衍生制备了中空结构的钴金属有机框架化合物(MOF-74-H)和多孔碳骨架包覆的钴金属氧化物(Co3O4/C)。借助SEM、TEM、FT-IR、XRD、TG及XPS等手段对制备的样品进行表征,并研究了不同框架结构对电催化剂析氢活性的影响。结果表明,Co3O4/C在酸性和碱性条件下发生析氢反应,其电流密度达到10 mA/cm2时的过电位分别为96.3、158.0 mV,Tafel斜率分别为37.6、57.0 mV/dec。Co3O4/C较ZIF-67和MOF-74-H无论在酸性还是碱性介质中都表现出更加优异的电催化析氢性能。此外,Co3O4/C在历经多次循环的电化学析氢反应后,其过电位值无明显变化,表明Co3O4/C具有优异的电化学稳定性。
关键词:  金属有机框架化合物  Co3O4  多孔碳  电催化  析氢反应
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230051
分类号:TB31、TB383
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金资助项目(22072089);新疆生产建设兵团重大科技项目(2019AAA001).
ZIF-67 derived Co3O4/C for electrocatalytic hydrogen evolution
JIA Weike1,2,WANG Qun1,2,SU Qi1,2,ZHAO Wenxiao1,2,GONG Xiangyu1,2,WANG Jiping1,2
(1. School of Textile and Fashion, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China; 2. Shanghai Engineering Research Center for Clean Production of Textile Chemistry, Shanghai 201620, China)
Abstract:
In view of the development of high efficiency electrocatalysts for hydrogen evolution from water splitting, cobalt metal-organic framework (MOF) has attracted extensive attention due to its special composition, structure and function. In this work, ZIF-67 prepared by solvothermal method was used as the precursor to prepare MOF-74-H with hollow structure and Co3O4/C with porous carbon skeleton. SEM, TEM, FT-IR, XRD, TG and XPS were employed to characterize prepared samples, and the effects of various framework structures on electrocatalysts’ hydrogen evolution reaction were investigated. When Co3O4/C was applied for electrocatalytic hydrogen evolution in acidic and alkaline solution respectively, the corresponding overpotentials are 96.3 and 158.0 mV under the current density reached 10 mA/cm2, and the Tafel slopes are 37.6 and 57.0 mV/dec. Compared with ZIF-67 and MOF-74-H, Co3O4/C shows better performance in promoting electrocatalytic hydrogen evolution in both acidic and alkaline media. Furthermore, there is no obvious change in the overpotential value of Co3O4/C during cyclic electrochemical hydrogen evolution process, indicating that Co3O4/C exhibits an excellent electrochemical stability.
Key words:  metal-organic framework  Co3O4  porous carbon  electrocatalytic  hydrogen evolution reaction

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