CuCo 雙金屬有機框架納米顆粒
2025-11-02
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CuCo雙金屬有機框架納米顆粒(CuCo-MOF)是一類由銅(Cu)和鈷(Co)兩種金屬中心與有機配體通過配位鍵自組裝形成的晶態(tài)多孔材料,其特點如下:
一、結構特性
雙金屬協(xié)同效應:Cu和Co的共摻雜可優(yōu)化電子結構,提升催化活性。例如,在Cu-CAT納米棒中引入Co后,氫吸附自由能(ΔGH*)從0.46 eV降至0.14 eV(接近Pt的0 eV),顯著降低過電位。
高比表面積與可調控孔道:二維CuCo-BDC納米片比表面積達數(shù)百平方米每克,介孔尺寸(2-50 nm)促進傳質,提升催化效率。
多樣化形貌:通過調控合成條件,可獲得立方體、球狀、空心球、核殼結構等不同形貌的納米顆粒。
二、性能優(yōu)勢
優(yōu)異的催化性能:
析氫反應(HER):CuCo-CAT/CC在堿性和中性介質中表現(xiàn)出與Pt/C相當?shù)幕钚?,過電位僅需52 mV和143 mV即可驅動10 mA/cm2電流密度,且1000次循環(huán)后性能無衰減。
氧還原反應(ORR):雙金屬位點協(xié)同促進氧分子吸附與還原,有望替代貴金屬催化劑用于燃料電池。
CO?還原:基于MOF的Cu單原子與Cu摻雜Au納米顆粒協(xié)同催化,將CO?轉化為高附加值燃料(如C?H?),電子選擇性達71.1%。
污染物降解:CuCo-BDC在可見光下活化過氧單硫酸鹽(PMS),30分鐘內去除率>93%的磺胺甲惡唑(SMX)等污染物,降解速率達Cu-BDC的300倍。
高穩(wěn)定性:CuCo-MOF納米顆粒在催化反應中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,如CuCo-CAT/CC在1000次循環(huán)后性能無衰減,CuCo-BDC在四輪循環(huán)后效率保持70%。
良好的導電性:CuCo-MOF的導電性優(yōu)于大多數(shù)MOF材料,如CuCo-CAT的導電性通過Co摻雜得到提升,有利于電催化過程中的電荷傳輸。
三、合成方法優(yōu)勢
水相室溫合成:以Na?BDC為配體,避免高溫高壓和有毒溶劑,降低生產(chǎn)成本,符合綠色化學理念。
形貌可控:通過調控反應條件,可精確控制納米顆粒的尺寸和形貌,滿足不同應用需求。
四、應用前景
電催化領域:作為高效析氫、氧還原、CO?還原等反應的催化劑,有望替代貴金屬催化劑,降低能源轉換成本。
環(huán)境修復:用于高效活化過氧單硫酸鹽降解污染物,為水處理提供綠色高效的解決方案。
能源存儲與轉換:作為超級電容器和鋰離子電池的電極材料,提升電荷存儲能力和循環(huán)穩(wěn)定性。
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