摘要
电化学分解水是获取清洁、可再生氢能的有效途径。寻找储量丰富、催化活性高、稳定性好的析氧反应（OER）电催化剂来替代贵金属催化剂，对电解水的广泛应用至关重要。作为一种新兴的电催化剂，金属有机框架（MOFs）具有比表面积大、孔径可调以及结构多样的特点。本论文设计制备了一系列新型的MOFs基电催化剂材料，通过XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman、XPS和氮气吸附-脱附测试等技术对合成产物进行了表征，系统研究了它们对析氧反应的电催化性能，探讨了催化机理。主要研究内容如下： 1．通过微乳液法可控合成了具有不同形貌的二维结构Fe(py)2Ni(CN)4（FeNi-MOF），包括纳米盒、纳米方块、纳米板和纳米片形貌。由于FeNi-MOF纳米盒暴露的晶面具有更高的本征活性，并且其中空结构暴露的催化活性位点增多，在1.0M KOH电解液中，FeNi-MOF纳米盒表现出最佳的OER催化性能，在10mA cm-2的电流密度下，过电势为285mV，Tafel斜率为50.9mV dec-1。同时，该材料在36h的OER稳定性测试中表现优异。通过研究OER过程中的中间体，揭示了真正的OER催化活性物质是由FeNi-MOF演化而来的金属氢氧化物和羟基氧化物。本工作通过调控MOFs的形貌来优化电化学性能，为设计合成高性能的MOFs电催化剂提供了一种可行的策略。 2．采用温和的溶剂热处理制备了一种低结晶度的Co3[Fe(CN)6]2（CoFe-PBA）催化剂，得益于CoFe-PBA结晶度的降低，其无序结构使得暴露的活性位点增加；同时，MOFs中金属价态升高，使得金属位点的OER活性提高。CoFe-PBA在碱性条件下表现出了良好的OER催化性能和稳定性，在10mA cm-2电流密度下的过电位为298mV，Tafel斜率为44.5mV dec-1。这种在不破坏MOFs本征结构的前提下通过简单的溶剂热处理来直接改进其OER性能的策略，为MOFs催化剂的性能提升提供了新的思路。 3．通过简单的原位合成策略制备了FeNi-MOF与rGO的复合电催化剂，得益于rGO的引入和MOF形貌的优化，该FeNi-MOF/rGO复合材料的导电性增强，开放活性位点增多。在碱性条件下，该复合材料展现出了良好的OER催化活性和长期稳定性，在10mA cm-2电流密度下的过电位为263mV，Tafel斜率为56.7mV dec-1，并且在24h稳定性测试中表现稳定。本研究为构筑高性能的MOFs/rGOamp;nbsp;复合电催化剂提供了一种可行的策略。 4．通过牺牲模板法将生长在碳布（CC）上的2D FeNi-LDH纳米片部分转换为Ni[Fe(CN)5NO]，成功制备了FeNi-LDH/MOF复合纳米结构。该材料中MOF纳米颗粒原位修饰在FeNi-LDH纳米薄片的表面，为电催化提供了丰富的开放活性位点和质量传递通道。FeNi-LDH/MOF/CC作为自支撑电极表现出了优异的OER催化性能，在100mA cm-2电流密度下，该材料的过电位为263mV，Tafel斜率为50.2mV dec-1。此外，该材料在24h稳定性测试中的电流密度基本保持不变。本工作为制备高性能的LDH和MOFs复合电催化材料提供了一条有效的途径。
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