Development of highly efficient and stable bi-functional electrocatalyst towards both hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) by engaging the earth abundant precursors has attracted much research attention. In this study, a highly efficient, durable and stable amine functionalized MOF based bi-functional electrocatalyst CuO@NH2-UiO-66 has been facilely synthesized via in-situ incorporation of pre-synthesized CuO nanoparticles into amine functionalized Zr-MOF NH2-UiO-66. It is observed that CuO@NH2-UiO-66 exhibits excellent bi-functional electrocatalytic activity towards HER as well as OER and delivers the benchmark of 10 mA cm−2 current density at just 166 and 283 mV overpotential, respectively, which is better than several previously, reported Cu-based, different transition metals and MOF based HER and OER catalysts. It also exhibits lower Tafel slope value 87 and 113 mV dec−1 towards HER and OER, respectively which indicates faster and better charge transfer during catalytic activity. CuO@NH2-UiO-66 exhibits significant stability and generates constant current density upto 6000 s during water electrolysis experiments. Furthermore, SEM and P-XRD techniques are used to investigate the stability of working electrode after the electrocatalytic studies and it is observed that CuO@NH2-UiO-66 maintains its integrity and chemical structure, after many hours of electrocatalytic activity. This study encourages the development of more earth abundant transition metals and MOFs based electrocatalysts for efficient electrochemical studies.

中文翻译：

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通过掺入 CuO 纳米颗粒提高胺功能化 MOF NH2-UiO-66 的析氢和析氧反应效率

通过利用地球上丰富的前驱体开发高效稳定的双功能电催化剂，既可用于析氢反应（HER），又可用于析氧反应（OER），这引起了广泛的研究关注。在这项研究中，通过将预先合成的 CuO 纳米粒子原位掺入胺功能化的 Zr-MOF NH2-UiO 中，轻松合成了一种高效、耐用且稳定的基于胺功能化 MOF 的双功能电催化剂 CuO@NH2-UiO-66 -66。据观察，CuO@NH2-UiO-66 对 HER 和 OER 表现出优异的双功能电催化活性，并分别在 166 和 283 mV 的过电位下提供了 10 mA cm-2 电流密度的基准，这优于之前有几个报道了基于铜的、不同的过渡金属和基于 MOF 的 HER 和 OER 催化剂。它还对 HER 和 OER 表现出较低的 Tafel 斜率值 87 和 113 mV dec-1，这表明在催化活性过程中电荷转移更快更好。CuO@NH2-UiO-66 在水电解实验中表现出显着的稳定性并产生高达 6000 s 的恒定电流密度。此外，SEM和P-XRD技术用于研究电催化研究后工作电极的稳定性，观察到CuO@NH2-UiO-66在电催化活性数小时后保持其完整性和化学结构。这项研究鼓励开发更多地球丰富的过渡金属和基于 MOF 的电催化剂，以进行有效的电化学研究。分别表明催化活性期间更快和更好的电荷转移。CuO@NH2-UiO-66 在水电解实验中表现出显着的稳定性并产生高达 6000 s 的恒定电流密度。此外，SEM和P-XRD技术用于研究电催化研究后工作电极的稳定性，观察到CuO@NH2-UiO-66在电催化活性数小时后保持其完整性和化学结构。这项研究鼓励开发更多地球丰富的过渡金属和基于 MOF 的电催化剂，以进行有效的电化学研究。分别表明催化活性期间更快和更好的电荷转移。CuO@NH2-UiO-66 在水电解实验中表现出显着的稳定性并产生高达 6000 s 的恒定电流密度。此外，SEM和P-XRD技术用于研究电催化研究后工作电极的稳定性，观察到CuO@NH2-UiO-66在电催化活性数小时后保持其完整性和化学结构。这项研究鼓励开发更多地球丰富的过渡金属和基于 MOF 的电催化剂，以进行有效的电化学研究。在电催化研究后，使用 SEM 和 P-XRD 技术研究工作电极的稳定性，观察到 CuO@NH2-UiO-66 在经过数小时的电催化活性后仍保持其完整性和化学结构。这项研究鼓励开发更多地球丰富的过渡金属和基于 MOF 的电催化剂，以进行有效的电化学研究。在电催化研究后，使用 SEM 和 P-XRD 技术研究工作电极的稳定性，观察到 CuO@NH2-UiO-66 在电催化活性数小时后保持其完整性和化学结构。这项研究鼓励开发更多地球丰富的过渡金属和基于 MOF 的电催化剂，以进行有效的电化学研究。