| Ru掺杂Co3O4/氧化还原石墨烯的制备及其电催化析氧性能 |
| Ru-doped Co3O4/reduced graphene oxide: Preparation and electrocatalytic oxygen evolution property |
| 作者 | 单位 | E-mail | | 田甜 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 周萌 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 魏佳乐 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 刘一泽 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 莫忆凡 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 叶雨涵 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 贾文志 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | | | 何斌 | 湖州师范学院工学院, 湖州市环境功能材料与污染治理重点实验室, 湖州 313000 | binhe@zjhu.edu.cn |
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| 摘要: 以六水合硝酸钴为金属源，二甲基咪唑为有机配体，氧化还原石墨烯(rGO)为碳载体，采用一步沉淀法合成二元复合材料ZIF-67/rGO，然后再引入Ru3+进行离子交换，经过退火制备了多孔Ru掺杂Co3O4/rGO (Ru-Co3O4/rGO)复合电催化剂。进一步采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对催化剂的物相结构、形貌以及元素价态进行分析。以1 mol·L-1 KOH为电解质，利用线性扫描伏安法、循环伏安法和计时电流法对催化剂的析氧反应(OER)性能进行测试。结果表明，Ru的掺杂和rGO的结合为协同电子转移提供了快速通道。同时，rGO作为碳载体能够提高Ru-Co3O4颗粒的导电性，而且均匀分散的纳米颗粒使反应物可在催化剂上自由扩散。结果表明，Ru-Co3O4/rGO的电化学性能远优于Co3O4/rGO，其在50 mA·cm-2的电流密度下过电位为363.5 mV。 |
| 关键词: 金属有机框架 石墨烯 电催化剂 析氧反应 |
| 基金项目: 国家自然科学基金(No.21603069)、浙江省自然科学基金(No.LQ24E040002)、湖州市自然科学基金(No.2023YZ18)和湖州师范学院人才科研启动资金(No.RK33047)资助。 |
| Abstract: Binary composites (ZIF-67/rGO) were synthesized by one-step precipitation method using cobalt nitrate hexahydrate as metal source, 2-methylimidazole as organic ligand, and reduced graphene oxide (rGO) as carbon carrier. Then Ru3+ was introduced for ion exchange, and the porous Ru-doped Co3O4/rGO (Ru-Co3O4/rGO) composite electrocatalyst was prepared by annealing. The phase structure, morphology, and valence state of the catalyst were analyzed by X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In 1 mol·L-1 KOH, the oxygen evolution reaction (OER) performance of the catalyst was measured by linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, and chronoamperometry. The results show that the combination of Ru doping and rGO provides a fast channel for collaborative electron transfer. At the same time, rGO as a carbon carrier can improve the electrical conductivity of Ru-Co3O4 particles, and the uniformly dispersed nanoparticles enable the reactants to diffuse freely on the catalyst. The results showed that the electrochemical performance of Ru-Co3O4/rGO was much better than that of Co3O4/rGO, and the overpotential of Ru-Co3O4/rGO was 363.5 mV at the current density of 50 mA·cm-2. |
| Keywords: metal-organic framework graphene electrocatalyst oxygen evolution reaction |
| 投稿时间：2024-08-07 修订日期：2024-12-05 |
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| 田甜,周萌,魏佳乐,刘一泽,莫忆凡,叶雨涵,贾文志,何斌.Ru掺杂Co3O4/氧化还原石墨烯的制备及其电催化析氧性能[J].无机化学学报,2025,41(2):385-394. |
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