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天然产物配位聚合物的高效电解水析氧催化剂

2024-05-16

随着化石燃料如煤、石油、天然气的过度消耗,能源危机和环境保护问题日益凸显,成为当今社会亟待解决的热点问题。在众多能源中,氢能因其高能量密度和燃烧后的无二次污染特性,被视为未来替代不可再生资源的理想选择。电解水制氢作为一种环保、清洁的技术,已成为研究的重要方向。电解水过程包含析氢和析氧两个关键半反应。其中,析氧反应(OER)作为技术核心,因其反应过电位较高和动力学缓慢,导致电解水析氢的整体效率受到制约。然而,贵金属催化剂的高昂成本和稀缺性限制了其广泛的工业应用。因此,开发高效的析氧反应催化剂成为当前科研领域的迫切需求。


经研究发现,一维配位聚合物(1D CPs)凭借其特殊的结构特点,避免了晶体内部缺陷的存在。这一特性使得一维配位聚合物成为开发电化学催化的理想平台。基于这一发现,进而进一步探索更深层次的构效关系。在2021年,成功报道了以金属醋酸盐和2,5-二氨基-1,4-苯二硫酚(DABDT)原料合成的一维配位聚合物。通过实验发现这类M-DABDT CPs可以通过金属离子的改变有效地调节ORR选择性。


然而考虑到配体的高昂成本,开始将视线转向天然产物,其中鞣花酸(EA)因其低廉的成本和环保可持续性成为关注的焦点。鞣花酸每公斤仅需花费400元,为大规模生产功能材料提供了经济高效的原料来源。本项目利用鞣花酸作为配体,合成一类新型一维配位聚合物。该材料在具有极低成本的同时,也展现出优异的电化学性能,具有低过电势和超低塔菲尔斜率。本项目深入研究一维配位聚合物在电解水析氧领域的应用,为实现高效、环保的能源转换提供有力支持。