激光诱导退火(LIA)技术可快速碳化导电衬底上的MOF

氢气是一种可再生、环境友好的能源，已成为加剧大气污染的化石燃料的最有前途的替代品之一。电化学分水是一种可持续发展的生产氢气的清洁能源，在能源转换和储能技术中发挥着重要作用。传统的电催化金属-有机骨架(MOF)热转化需要高温、惰性气氛、持续时间长，导致金属颗粒严重聚集，多孔结构不均匀。

来自南洋理工大学等单位的研究人员，介绍了一种高精度、低成本的激光诱导退火(LIA)技术，它能消除颗粒聚集，快速生成均匀的结构，且活性中心曝光率高，可在常温下几分钟内碳化导电衬底上的MOF。通过系统地设计具有8个和12个衬底的MOF，成功地制作了一系列尺寸可控、柔性好的LIA-MOF/衬底器件。

这些LIA-MOF/衬底器件可以直接用作工作电极。值得注意的是，泡沫镍上的LiA-MIL-101(Fe)在电流密度为50 mA cm−2时的超低过电位为225mV，在50h内表现出良好的析氧稳定性，表现出优于最新报道的过渡金属基电催化剂和商用RuO2的性能。物理表征和理论计算表明，LiA-MIL-101(Fe)的高活性源于激光处理过程中形成的Ni掺杂Fe3O4覆盖层对中间体的良好吸附。此外，还组装了LIA-MOF/衬底器件，以实现整体的水分解。提出的直线感应加热策略为制造可伸缩的储能和转换设备提供了一条低成本、低成本的途径。

图1.a)导电衬底上MOF的激光诱导退火示意图。

图2.a) LIA生成前后MIL-101(Fe)对NF不同大小的影响。更多精彩视频抖音搜索“材料科学网”。

图3.LIA-MOF对NF的组成和结构分析

图4.在1M KOH中，LIA-MOFs在NF上对OER和HER的电催化性能

图5.OER过程的DFT模拟

图6.a)LiA-MIL-101(Fe)在NF上的LSV极化曲线，在1mKOH中具有不同测试区域。

总之，本文展示了一种新颖而简单的LIA策略，在环境条件下使用聚焦的10.6µm CO2激光器在8个导电衬底上快速碳化12个MOF，以产生LIA-MOF。激光处理后的LIA-MOF紧密锚定在没有粘结剂的衬底上，表现出独特的核壳结构，其中金属纳米粒子被多孔碳包裹。由于CO2激光器的高能量输出和高分辨率，LIA-MOF可以在尺寸可控(高达15×15cm2)和高柔韧性的导电衬底上形成图案。值得注意的是，LiA-MIL-101(Fe)在50 mA cm2时的超低过电位为225 mV，小的塔菲尔斜率为60 mV dec−1，在1m KOH中具有良好的长期稳定性。物理表征和密度泛函(DFT)研究表明，LiA-MIL-101(Fe)表面Ni掺杂Fe3O4表面层的活性颗粒是OER活性增强的原因。此外，LIA-Ni-BDC||LIA-MIL-101(Fe)电解槽的整体除水性能优于大多数已报道的过渡金属电解槽。
责任编辑：彭菁