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Angew. Chem. :近平衡生長化學穩定的共價有機框架-還原氧化石墨烯雜化材料并用于催化析氫反應2021-12-01
開發有效非金屬催化劑,用于催化析氫反應?(HER),對于替代傳統的化石燃料能源具有重要意義。Pt/C 被認為是一種高效的 HER 催化劑,然而,由于資源稀缺,成本高,以及可能的重金屬污染,限制了它的大規模應用。

二維共價有機框架(COFs)是有機化合物通過共價鍵鍵和而成的二維多孔網狀結構材料。具有高度有序的結構、大的比表面積和可調節的活性位點,在催化、儲能、傳感等領域具有潛在的應用前景。

近日,中國科學院化學研究所的陳建毅研究員,董際臣研究員和劉云圻院士團隊,提出了近平衡液相生長方法,在相對溫和的反應條件下,通過前驅體TPHA和t-BPT(或PT)之間的自發反應,制備了結構穩定的共價有機框架BPT-COF和PT-COF材料。

由于制備的BPT-COF為粉體材料,納米顆粒之間的接觸電阻很大,因此,通過真空過濾法,組裝的本征態的BPT-COF薄膜的電導率很低,限制了它的廣泛性能。然而,TPHA和氧化石墨烯(GO)可以溶解在去離子水中,這有助于通過原位化學反應和真空過濾技術制備BPT-COF-GO復合材料薄膜。進一步通過熱還原反應,制備高導電性的BPT-COF-rGO薄膜。rGO片作為導電交聯劑,增強了BPT-COF 與電極之間的聯系,使BPT-COF能夠充分發揮電催化活性。當用作電催化劑時,所制備的電極表現出高效的催化析氫?(HER)性能,僅需45 mV的過電位就能達到10 mA cm–2的催化電流密度,高于目前報道的非金屬性催化劑的性能。

總之,本篇開發了一種近平衡液相合成方法,在相對溫和的反應條件下,制備了高度?π 共軛的穩定的COFs和 COF-rGO復合材料。該材料不僅具有豐富的吡嗪結構的氮活性位點,還具有用于電子和質子轉移的高效導電網絡,展現出優異的HER電催化活性。

論文信息:

Near-Equilibrium Growth of Chemically Stable Covalent Organic Frameworks-Graphene Oxide Hybrid Materials for the Hydrogen Evolution Reaction

Jianyi Chen,Yichao Bai,Youxing Liu,Minghui Liu,Xinyu Wang,Shengcong Shang,Wenqiang Gao,Changsheng Du,Yan Qiao,Jichen Dong,Yunqi Liu

文章的第一作者是中國科學院化學研究所的博士生白一超。

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202113067

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