外交变磁场对碳纸原位负载MOFs衍生氮掺杂多孔碳OER性能的影响

作者：李玉玲; 王垣力; 李冬云; 覃航; 郭文明; 刘小磐; 高朋召^*; 肖汉宁

来源：粉末冶金材料科学与工程, 2022, 27(02): 224-236.

DOI：10.19976/j.cnki.43-1448/tf.2021094

• 原位负载
• Zn-MOF-74
• ZIF-8
• 氮掺杂多孔碳
• 析氧反应
• 交流磁场

采用溶剂热法在碳纸(carbon paper, CP)表面分别原位负载2种金属有机框架(metal organic frame, MOFs)前驱体(记为Zn-MOF-74和ZIF-8)，经900℃高温热处理后前驱体衍生为氮掺杂多孔碳，得到氮掺杂多孔碳@CP电催化剂材料，分别记为CP-Zn-MOF-74-900-N2和CP-ZIF-8-900-N2。研究CP的组成、孔结构以及外磁场强度对电催化剂OER(oxygen evolution reaction，析氧反应)性能的影响。结果表明，原位负载的ZIF-8在CP的纤维表面形成致密的棱形十二面体颗粒层，热处理后在纤维表面形成均匀的纳米级氮掺杂碳材料。ZIF-8-900-N2的比表面积为1 559 m2/g，孔径为0.57 nm，孔容为1.59 cm3/g，具有最佳的磁性能和磁致发热性能。碳纸和氮掺杂多孔碳@CP材料中，CP-ZIF-8-900-N2具有最小的OER过电势和Tafel斜率，分别为334 mV(电流密度为10 mA/cm2，经过iR矫正)和187 mV/dec (decade，十进)。当存在外磁场时，随磁场强度增大，催化剂的OER过电势先降低然后稳定不变，当外磁场强度为5.54×10-3 T时，CP-ZIF-8-900-N2的过电势达到最小值，为316 mV(没有经过iR矫正)，比未引入磁场时下降约20.4%，这主要归因于磁流体动力学效应导致气泡尺寸减小、气泡聚结增强，使得气泡从电极表面的解吸得到改善。

• 单位
  中国计量大学; 湖南大学