氫氣是一種可再生、環境友好的能源，已成為加劇大氣污染的化石燃料的最有前途的替代品之一。電化學分水是一種可持續發展的生產氫氣的清潔能源，在能源轉換和儲能技術中發揮著重要作用。傳統的電催化金屬-有機骨架(MOF)熱轉化需要高溫、惰性氣氛、持續時間長，導致金屬顆粒嚴重聚集，多孔結構不均勻。

 

來自南洋理工大學等單位的研究人員，介紹了一種高精度、低成本的激光誘導退火(LIA)技術，它能消除顆粒聚集，快速生成均勻的結構，且活性中心曝光率高，可在常溫下幾分鐘內碳化導電襯底上的MOF。通過系統地設計具有8個和12個襯底的MOF，成功地制作了一系列尺寸可控、柔性好的LIA-MOF/襯底器件。更多精彩視頻抖音搜索“材料科學網”，相關成果發表在Advanced Functional Materials。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202102648

這些LIA-MOF/襯底器件可以直接用作工作電極。值得注意的是，泡沫鎳上的LiA-MIL-101(Fe)在電流密度為50 mA cm^?2時的超低過電位為225mV，在50h內表現出良好的析氧穩定性，表現出優于最新報道的過渡金屬基電催化劑和商用RuO₂的性能。物理表征和理論計算表明，LiA-MIL-101(Fe)的高活性源于激光處理過程中形成的Ni摻雜Fe₃O₄覆蓋層對中間體的良好吸附。此外，還組裝了LIA-MOF/襯底器件，以實現整體的水分解。提出的直線感應加熱策略為制造可伸縮的儲能和轉換設備提供了一條低成本、低成本的途徑。

 

圖1.a)導電襯底上MOF的激光誘導退火示意圖。    

圖2.a) LIA生成前后MIL-101(Fe)對NF不同大小的影響。更多精彩視頻抖音搜索“材料科學網”。

圖3.LIA-MOF對NF的組成和結構分析

   

圖4.在1M KOH中，LIA-MOFs在NF上對OER和HER的電催化性能  

 

圖5.OER過程的DFT模擬  

圖6.a)LiA-MIL-101(Fe)在NF上的LSV極化曲線，在1mKOH中具有不同測試區域。

 

總之，本文展示了一種新穎而簡單的LIA策略，在環境條件下使用聚焦的10.6μm CO₂激光器在8個導電襯底上快速碳化12個MOF，以產生LIA-MOF。激光處理后的LIA-MOF緊密錨定在沒有粘結劑的襯底上，表現出獨特的核殼結構，其中金屬納米粒子被多孔碳包裹。由于CO₂激光器的高能量輸出和高分辨率，LIA-MOF可以在尺寸可控(高達15×15cm²)和高柔韌性的導電襯底上形成圖案。值得注意的是，LiA-MIL-101(Fe)在50 mA cm²時的超低過電位為225 mV，小的塔菲爾斜率為60 mV dec^?1，在1m KOH中具有良好的長期穩定性。物理表征和密度泛函(DFT)研究表明，LiA-MIL-101(Fe)表面Ni摻雜Fe₃O₄表面層的活性顆粒是OER活性增強的原因。此外，LIA-Ni-BDC||LIA-MIL-101(Fe)電解槽的整體除水性能優于大多數已報道的過渡金屬電解槽。方便、省時、經濟的線性分析策略對工業應用如電催化、超級電容器、傳感器和水處理的MOF、聚合物和其他芳香族化合物的大規模碳化具有啟發意義。（文：SSC）

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