高效的水裂解在很大程度上受到滞氧析氧反应(OER)的限制，抑制了可持续能源的发展，引起了广泛关注。通过半小时内的快速反应，成功合成了一种Cu-BTB微尺度金属有机骨架材料。在随后的热解过程中，通过乙烯和氨的引入，MOF衍生的多级多孔纳米碳的整个表面生长了大量含氮的碳纳米管(NCNTs)，称为NCNT/Cu/C。经过氧化处理后，得到了纳米氧化铜(NCNT/CuO/C)，纳米氧化铜表面形貌保存完好，石墨化程度较高。NCNTs对NCNT/CuO/C的高比表面积和电导率进一步使电解液在OER过程中更好地与活性材料接触。优化后的NCNT/CuO/C在10 mA cm ²时过电位仅为369 mV, Tafel斜率为87.4 mV dec^-1，反应动力学快。研究结果表明，纳米氧化铜掺杂纳米碳纳米管可以有效提高水氧化效率，可在未来的能源应用中得到进一步应用。
 
 
 
图1制备MOF衍生的NCNT/CuO/C用于水氧化的原理图。
 
 
 
图2 (a)合成示意图;(b) AU和Cu桨轮;(c)三维分子填充图;(d)沿b轴查看; (e)单个单元细胞中的空腔;(f) TGA曲线;(g) Cu-BTB的N₂吸脱附和孔径。
 
  
图3 (a1, a2) Cu- BTB， (b1, b2) Cu/C， (c1, c2) CuO/C， (d1, d2) NCNT/Cu/C， (e1, e2) NCNT/CuO/C的SEM图像;(f)合成和模拟的Cu-BTB的XRD谱图;(g) PXRD;(h)MOF衍生的纳米材料的拉曼光谱。
 
 
图4. (a)TEM图像;(b−e) HR-TEM图像;(f) EDS频谱;NCNT/CuO/C的(g−k)元素映射。
 
 
图5 (a) XPS全谱;(b) NCNT/CuO/C的C 1s和(c) N 1s谱;Cu/C、CuO/C、NCNT/Cu/C和NCNT/CuO/C的(d) O 1s和(e) Cu 2p 的XPS。
 
 
图6 (a)极化曲线;(b)塔费尔图;(c) EIS光谱;(d)不同扫描速率下C_dl的线性拟合;(e) 在O₂饱和的1.0M KOH的RRDE伏安曲线及其电子转移数;(f) NCNT/CuO/C的i-t曲线。
  
       相关科研成果由温州大学Jinjie Qian等人于2021年发表在ACS Appl. Nano Mater. (https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02659)上。原文：Carbon Nanotubes Grown on CuO Nanoparticle-Decorated Porous Carbon Microparticles for Water Oxidation。

转自《石墨烯研究》公众号