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CuCo 双金属有机框架纳米颗粒

2025-11-02 [6]

CuCo双金属有机框架纳米颗粒(CuCo-MOF)是一类由铜(Cu)和钴(Co)两种金属中心与有机配体通过配位键自组装形成的晶态多孔材料,其特点如下:

一、结构特性

  • 双金属协同效应:Cu和Co的共掺杂可优化电子结构,提升催化活性。例如,在Cu-CAT纳米棒中引入Co后,氢吸附自由能(ΔGH*)从0.46 eV降至0.14 eV(接近Pt的0 eV),显著降低过电位。

  • 高比表面积与可调控孔道:二维CuCo-BDC纳米片比表面积达数百平方米每克,介孔尺寸(2-50 nm)促进传质,提升催化效率。

  • 多样化形貌:通过调控合成条件,可获得立方体、球状、空心球、核壳结构等不同形貌的纳米颗粒。

二、性能优势

  • 优异的催化性能

    • 析氢反应(HER):CuCo-CAT/CC在碱性和中性介质中表现出与Pt/C相当的活性,过电位仅需52 mV和143 mV即可驱动10 mA/cm²电流密度,且1000次循环后性能无衰减。

    • 氧还原反应(ORR):双金属位点协同促进氧分子吸附与还原,有望替代贵金属催化剂用于燃料电池。

    • CO₂还原:基于MOF的Cu单原子与Cu掺杂Au纳米颗粒协同催化,将CO₂转化为高附加值燃料(如C₂H₆),电子选择性达71.1%。

    • 污染物降解:CuCo-BDC在可见光下活化过氧单硫酸盐(PMS),30分钟内去除率>93%的磺胺甲恶唑(SMX)等污染物,降解速率达Cu-BDC的300倍。

  • 高稳定性:CuCo-MOF纳米颗粒在催化反应中表现出良好的稳定性,如CuCo-CAT/CC在1000次循环后性能无衰减,CuCo-BDC在四轮循环后效率保持70%。

  • 良好的导电性:CuCo-MOF的导电性优于大多数MOF材料,如CuCo-CAT的导电性通过Co掺杂得到提升,有利于电催化过程中的电荷传输。

三、合成方法优势

  • 水相室温合成:以Na₂BDC为配体,避免高温高压和有毒溶剂,降低生产成本,符合绿色化学理念。

  • 形貌可控:通过调控反应条件,可精确控制纳米颗粒的尺寸和形貌,满足不同应用需求。

四、应用前景

  • 电催化领域:作为高效析氢、氧还原、CO₂还原等反应的催化剂,有望替代贵金属催化剂,降低能源转换成本。

  • 环境修复:用于高效活化过氧单硫酸盐降解污染物,为水处理提供绿色高效的解决方案。

  • 能源存储与转换:作为超级电容器和锂离子电池的电极材料,提升电荷存储能力和循环稳定性。

关于我们:

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