• 研究论文 •
何佩佩 a,1, 师锦华 a,1, 李笑语 a, 刘明杰 a, 方舟 b, 和晶 a,李中坚 a,彭新生 b, 和庆钢 a,*
Peipei He a,1, Jinhua Shi a,1, Xiaoyu Li a, Mingjie Liu a, Zhou Fang b, Jing He a, Zhongjian Li a, Xinsheng Peng b, Qinggang He a,*
摘要: 金属有机框架(MOF)材料作为典型的半导体材料,由于其本征的较差电子导电性,严重限制了其在燃料电池电催化领域的直接应用。为此,本文提出了一种解决策略,即在MOF晶体生长过程中加入碳纳米管(CNTs),最终合成了一种具有独特的CNT穿插在MOF晶体结构中的Co金属卟啉基的催化剂TCPPCo-MOF-CNT。物理表征表明,CNTs的插入不仅增强了催化剂整体的导电性,同时也保留了MOF本身的晶体结构和金属卟啉的原始特性。并且,由于CNTs的插入,在催化剂内部形成了大量促进传质的介孔结构,并产生了可以极大提升反应过程中传质效率的分级多孔结构。XPS揭示了插入的CNT中的碳原子改变了催化活性中心Co上的电子云密度,优化了催化中心的电子结构。因此,在中性条件下,TCPPCo-MOF-CNT催化剂的半波电位达到0.77 V(vs. RHE),明显优于未插入CNT的单纯MOF材料制备的催化剂。最后,将TCPPCo-MOF-CNT作为阴极催化剂和Nafion-117组装成PEM微生物燃料电池(MFCs),MFCs显示其最大功率密度可达到约500 mW m-2。因此,TCPPCo-MOF-CNT可作为一种有效的中性环境下ORR催化剂,同时此策略也为其他半导体材料提升电催化活性提供了一种方法。