类石榴状结构Co_(3)O_(4)@ZIF-8纳米电催化剂的设计合成及其氧还原/氧析出性能研究

摘要

金属有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)具有结构丰富可调和组分多元有序的重要特点,被广泛应用于能源存储、催化材料等领域.目前大多数报道集中在将MOFs作为前驱体,对其进行高温煅烧处理,从而制备MOFs衍生电催化剂,其中高温过程容易导致有序孔道结构破坏、催化活性组分损失等问题.通过原位自组装MOFs合成策略,成功制备了Co_(3)O_(4)@ZIF-8复合纳米材料,该材料可直接作为有效的氧还原/氧析出双功能催化材料.实验结果表明,该复合催化材料保留了ZIF-8的多孔框架结构,而Co_(3)O_(4)纳米粒子则作为活性组分呈“石榴籽”状稳定分散在ZIF-8的内部.将其作为可充式锌-空气电池催化剂,在5 mA·cm^(-2)的恒压充放电循环条件下进行电池性能测试,测试结果表明,该锌-空气电池可稳定循环100 h以上,并且过程中没有明显电压降,表现出良好的催化活性和稳定性.该研究为新型双功能催化材料设计合成提供了新的思路,也为免煅烧MOFs衍生电催化材料的研究发展提供了实验依据.