Small:高电催化活性和稳定性的双金属配位聚合物自支撑电极

配位聚合物(CPs)作为一种重要的功能材料,是由金属原子节点与有机桥联配体相连而成,具有分子水平上的结构可设计性,可用于传感器,药物输送,储能装置和非均相催化等众多领域,在过去的三十年中取得了巨大的进展。纳米级CPs具有高度密集的可利用的活性位点,是一种非常有应用前景的电催化材料。然而,CPs固有的电导率较低、金属-配体间的键合力较弱等缺点将导致电催化性能稳定性差,从而影响其实际应用。

南京理工大学汪信教授、付永胜教授及博士研究生李春等组成的课题组针对以上问题,进行了深入而细致的研究,构建了具有高电催化活性和稳定性的双金属配位聚合物自支撑电极,显著地提升了CPs材料的导电性和稳定性。相关结果发表在Small上。(DOI:10.1002/smll.201907043)

为了改善CPs的电催化性能,该课题组选择具有π-d共轭的配位聚合物(CCP),在导电性良好的基底材料上原位生长CPs以提高电极的电导率和稳定性。通过电沉积和水热法制备了具有分层结构的CoNi-HAB/Co(OH)2/CFP自支撑电极,将电沉积在碳纤维纸(CFP)上的Co(OH)2用作模板和前体,在水热过程中,Co(OH)2与Ni2+和HAB反应生成二维花状双金属配位聚合物CoNi-HAB。与Ni-HAB、Co-HAB、CoNi-HAB等粉末状的配位聚合物相比,CoNi-HAB/Co(OH)2/CFP自支撑电极的析氧性能更为突出,显示出较低的超电势(219 mV)和Tafel斜率(42 mV dec-1),较高的比表面积活性和电导率,而法拉第效率达到90%,24小时稳定性测试后电流密度保持率高达91.3%。密度泛函理论(DFT)计算表明,双金属配位聚合物CoNiHAB中Co和Ni的协同作用有利于OER中间体的吸附从而增强OER催化性能。

该工作成功构筑了具有分层结构的配位导电聚合物自支撑电极,其方法有利于促进此类配位导电聚合物的发展,同时为设计制备其他高性能共轭配位聚合物材料提供重要依据。