第一作者：王梦琳
通讯作者：李春丽
通讯单位：内蒙古工业大学
DOI：10.1016/j.jpowsour.2026.241882
感谢内蒙古工业大学李春丽团队（第一作者：王梦琳）供稿！
本文所用
一体化液流单电池测试系统（YTH-1）
由武汉之升新能源有限公司提供
《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》
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1. Co-Nd-MOF/GO-PDA复合电极的构筑
研究采用原位生长法制备Co-Nd-MOF/GO-PDA复合材料，并将其直接负载于碳毡（CF）表面，构筑无粘结剂复合电极。通过调节PDA含量，确定20 wt%为优化添加比例。制备过程中，首先利用多巴胺（DA）与Co²⁺、Nd³⁺进行预配位，随后通过水热反应（140 ℃、12 h）实现MOF结构生长及多巴胺自聚合，形成PDA修饰的多元复合结构。SEM结果显示，Co-Nd-MOF以纳米棒状结构分布于GO片层之间，PDA修饰后，复合材料分散更加均匀，颗粒团聚现象得到改善。同时，复合材料能够较均匀地负载于碳毡纤维表面，形成相对连续的功能层。EDS元素面扫描进一步证实了C、N、Co和Nd元素的存在。
图1. (a–b) Co-Nd- MOF /GO的SEM图像；(c–d) Co-Nd- MOF /GO-PDA的SEM图像；(e–f) Co-Nd- MOF /GO@CF的SEM图像；(g) Co-Nd- MOF /GO-PDA@CF的SEM图像及EDS元素分布图
2. 多元复合结构及界面作用分析
图2. Co-Nd-MOF/GO-PDA 的 XPS 谱图：(a) 全谱，(b) 高分辨率 C 1s 谱，(c) 高分辨率 O 1s 谱，(d) 高分辨率 N 1s 谱，(e) 高分辨率 Nd 3d 谱，(f) 高分辨率 Co 2p 谱
图3. (a)(b) Co-Nd- MOF /GO和Co-Nd- MOF /GO-PDA样品的 FTIR 和 XRD 光谱；(c)(d) Co-Nd- MOF /GO和Co-Nd- MOF /GO-PDA复合材料的N2吸附等温线
通过XPS、FTIR和XRD等表征，明确了PDA在复合体系中的引入及其对材料结构的影响。XPS结果显示，复合材料中存在Co²⁺、Nd³⁺及PDA引入的含氮化学结构；FTIR中约1500 cm⁻¹和1050 cm⁻¹处出现新的特征吸收峰，分别对应N–H和C–N振动。XRD结果表明，PDA改性后MOF主体晶体结构基本保留，同时GO层间距由0.75 nm增加至1.04 nm。进一步结合氮气吸附–脱附测试发现，PDA改性后复合材料比表面积由46.730 m²/g提高至115.950 m²/g，孔容由0.328 cm³/g增加至0.642 cm³/g。研究认为，PDA通过氢键、π–π相互作用及空间位阻效应改善组分间界面结合，抑制颗粒团聚，并与MOF孔道及GO片层间隙共同构建多级孔结构。
3. 电极界面电化学性能及催化活性分析
图4. (a) 镍泡沫（黑色）、Nd- MOF 、Co-Nd- MOF /GO 和 Co-Nd- MOF /GO-PDA 复合材料的 CV 曲线；(b) 镍泡沫（黑色）、Nd- MOF 、Co-Nd- MOF /GO 和 Co-Nd- MOF /GO-PDA 复合材料的 EIS 曲线
通过循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）测试，研究了不同复合组分对电极反应活性及界面电荷传输行为的影响。结果表明，PDA改性后，复合材料氧化峰电流达到9.32 mA，为未改性Co-Nd-MOF/GO的1.29倍；电荷转移电阻进一步降低至0.313 Ω，表现出更优的界面电化学反应性能。
图5. 不同样品（CF、Co-Nd- MOF /GO@CF 和 Co-Nd- MOF /GO-PDA@CF）在VRFB 电解质中的静态水接触角和润湿性
同时，水接触角测试表明，原始碳毡的接触角为145°，而Co-Nd-MOF/GO-PDA@CF降低至0°，实现完全润湿。说明PDA引入的亲水性官能团能够改善电极表面与电解液之间的界面接触，促进钒离子传质，进而降低界面极化。
4. 全钒液流电池性能及循环稳定性
图6. (a) 不同电流密度下Co-Nd- MOF /GO-PDA@CF的充放电曲线；(b) 在80 mA cm⁻²电流密度下，Co-Nd- MOF /GO@CF和Co-Nd- MOF /GO-PDA@CF的 GCD 曲线；(c) Co-Nd- MOF /GO-PDA@CF在不同电流密度下的 GCD 曲线