使用高效，低成本和稳定的氧电极进行实际产氢对于未来可持续清洁能源的发展至关重要。在这里，报道了石墨烯-纳米片支撑（Ni，Fe）金属-有机骨架（MOF）作为高效耐用（> 1,000小时）的阳极材料用于碱性水电解。碳纤维纸上的MOF电极实现10 mA cm-2电流密度时需要220 mV的过电位，（在镍泡沫上，η= 180 mV，j = 20 mA cm-2），Tafel为51 mV/dec，高的周转频率（TOF：1.22 s-1），高的法拉第效率（99.1％）和长期耐用性（连续电解> 1000小时）。在碱性阴离子交换膜水电解槽（AAEMWE）中， 在1.85 V下实现的电流密度为540 mA cm-2（70℃），优于Pt/C // IrO2体系。这些研究工作开发了持久耐用且高性能的AAEMWE和直接太阳能-燃料转换，特别是代替高成本质子交换膜（PEM）水电解等方面的应用。
 
Figure1. 合成NiFe-BTC-GNPs MOF的示意图。
 

Figure 2. 基于MOF各种样品(Ni-BTC, Fe-BTC, NiFe-BTC, NiFe-BTCGNPs) 的结构表征。（a）NiFe-BTC MOF的单胞结构，Ni-BTC, NiFe-BTC, NiFe-BTCGNPs样品的（b）XRD图，（c）IR谱，（d）Raman谱。
 

Figure 3. NiFe-BTC-GNPs MOF在1M KOH溶液中的OER性能。（a）各种催化剂样品的极化曲线比较，（b）Tafel斜率，（c）电化学阻抗谱，（d）双电层电流和扫速的线性关系，斜率等于双电层电容Cdl，（e）ECSA归一化的电流密度，（f）质量活性和TOF值比较。
 

Figure 4.（a）NiFe-BTC-GNPs 的旋转圆盘(RRDE)曲线，（b）气相色谱(GC)分析获得O2总量，（c）NiFe-BTC-GNPs 在循环50,000 CV 前后的OER性能，（d）NiFe-BTC-GNPs在固定电流密度下的计时电流响应，（e）EIS在连续电解前后的EIS谱图比较。
 

Figure 5. 用NiFe-BTC-GNPs MOF为阳极，MoNi4/MoO2为阴极组装的AAEM水电解体系，其单电池性能评估。（a）碱性阴离子交换膜水电解槽示意图，（b）商业MEA 和该工作修饰的MEA用于AAEMWE进行比较，（c）电压与电流密度的关系，（d）电池阻抗在连续测试中的变化情况，（e）单电池在恒定电压 1.85 V下的长期稳定性评估。
 
    该研究工作由韩国国立蔚山科学技术院Kwang S. Kim课题组于2020年发表在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《石墨烯杂志》公众号：