双金属导电金属有机框架材料Ni/Co-CAT的制备及其氧还原催化性能研究

以2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯(2,3,6,7,10,11-Hexahydroxytriphenylene,HHTP)为有机配体,Ni、Co为金属中心,通过水热法制备了对应的儿茶酚酯盐(Ni-catecholate、Ni-Co-catecholate,以下简称Ni-CAT和Ni-Co-CAT).对其进行表征后,选用单室反应器装置搭建微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC).将Ni-CAT和Ni-Co-CAT与炭黑以3∶1的质量比混合后应用于MFC阴极催化氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR).结果表明,Ni-Co-CAT催化的MFC反应器性能最好,其MFC反应器的最大输出电压和功率密度分别为310m V和190mW/cm^(2),与商业Pt/C的性能相当.Ni-Co-CAT催化MFC的极限电流密度为2.84 mA/cm^(2),优于Ni-CAT的2.18 mA/cm^(2),表明在Ni-CAT结构中引入Co后,MFC产电效能得到了提升.主要原因是,Ni-Co-CAT与炭黑充分混合后,具有了更高的孔隙率和比表面积,其结构上的金属位点M-O_(6)(M=Ni或Co)提供了更多的催化活性,使Ni-Co-CAT具有最优的电化学催化性能.