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AM:一步法制备垂直石墨烯-MOF复合材料
出处:高分子能源  录入日期:2024-02-04  点击数:247

  石墨烯与金属有机框架(MOFs)的集成对各个领域都有诸多影响,但制造这种组装体通常既复杂又耗时。在此,我们介绍了一种一步法制备石墨烯-MOF复合材料的方法,即在环境条件下将垂直石墨烯(VG)阵列直接浸渍到沸石咪唑酸盐框架(ZIF)前体中。这种方法可以有效地组装多种ZIF,包括ZIF-7、ZIF-8和ZIF-67,使它们在VG上均匀分散,大小和形状可调节。VG表面的氢缺陷是诱导这种高效ZIF组装的关键,它是与ZIF前体相互作用并促进其结晶的反应位点。通过探索MOFs的非晶化过程,我们进一步证明了VG-ZIF-67组装的多功能性。令人惊讶的是,这一过程会在VG上形成一层非晶薄膜涂层(命名为 VG-IL-amZIF-67),它保留了结晶ZIF-67的短程分子键,同时牺牲了长程有序性。这种独特的石墨烯薄膜结构在无序排列中保持了ZIF-67的基本特性和功能,使其非常适合电催化。在电化学氧还原过程中,VG-IL-amZIF-67在酸性介质中产生H2O2时表现出卓越的活性、选择性和稳定性。
  图文简介

 

QQ截图20240204112230.jpg

 

  通过一步浸渍法从VG中制备VG-ZIF-67的示意图( a ),所制备的VG-ZIF-67在不同放大倍数下的横截面SEM图像( ( b和c) ),VG-ZIF-67和原始VG的XPS全谱( d ),VG-ZIF-67复合材料的XRD衍射图谱,原始VG和模拟ZIF-67的XRD图谱的比较( e ),VG-ZIF-67和已报道的石墨烯-MOFs杂化物的合成过程的比较( f )。

 

QQ截图20240204112244.jpg

 

  VG-ZIF-67的SEM图像( a ),VG-ZIF-67复合材料的XRD衍射图( b ),原始VG和低缺陷VG的拉曼光谱( c ),原始VG ( d )和低缺陷VG的高分辨率C 1s XPS光谱( e ),ZIF-67浸渍后低缺陷VG的SEM图像( f ),ZIF-67浸渍后低缺陷VG的TEM图像,ZIF-67生长后低缺陷VG的TEM图像(插图显示ZIF-67在原始VG上的生长情况; g),HAADF-STEM图像和相应的EDS元素分布图( h ),以及ZIF-67在VG表面的有效组装图( i )

 

QQ截图20240204112256.jpg

 

 


  通过IL辅助策略在400 ℃下将VG-ZIF-67 非晶态转化为VG-IL-amZIF-67的示意图 (a)、VG-IL-amZIF-67与VG-ZIF-67的XRD衍射图 (b)、VG-IL-amZIF-67样品的SEM图像 (c)、VG-IL-amZIF-67样品的TEM图像和VG-ZIF-67的插图 (d)、 VG-IL-amZIF-67的高分辨率TEM图像(e)、VG-IL-amZIF-67和VG-IL-ZIF-67的傅立叶变换红外光谱(f)、VG-IL-amZIF-67和对照样品(CoO、Co 箔)在Co K边的XANES实验光谱(g)以及EXAFS信号的傅立叶变换(FT)幅度(h)。

 

QQ截图20240204112308.jpg

 

 

  VG-IL-amZIF-67在电催化过程中的优势电极结构示意图,包括暴露的活性位点、由分层孔隙创建的传质通道以及导电石墨烯支撑物上牢固附着的催化剂层(a);VG-IL、VG-IL-amZIF-67和VG-ZIF-67 在含氧饱和0. 05 M H2SO4、扫描速率为 5 mV s−1的VG-IL、VG-IL-amZIF-67和VG-ZIF-67 的线性扫描伏安 (LSV) 曲线(b);VG-IL-amZIF-67在不同电位下的H-Cell设置中与之前报道过的电极的 H2O2法拉第效率对比(c);以及 VG-ILamZIF-67在0.3 VRHE下于H-Cell中使用40 mL 0.05 M H2SO4进行批量电解,插图显示了电解过程中的H2O2产率和选择性(d)。

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