Synthesis and Electrochemical Performance of Nanostructured Co-Nd-MOF/GO Electrode Materials

doi:10.7503/cjcu20250191

Abstract

Abstract:

Vanadium redox flow batteries（VRFB） are considered to be one of the most promising technologies for large-scale energy storage， and the low energy efficiency of electrode materials at high current densities is one of the main constraints to the development of VRFB. However， modification and modification of the electrode materials can improve their energy efficiency and stability. In this study， neodymium-based metal-organic framework（Nd-MOF） was used as a precursor and transition metal cobalt was introduced for doping. Meanwhile， Co-Nd-MOF was made to bond with graphene oxide（GO） with high electrical conductivity through its oxygen-containing functional groups， and then a Co-Nd-MOF/GO-2 composite with excellent electrochemical performance was prepared by hydrothermal method and applied as an electrode material for modifying the blank carbon felts（CF） in the anode of VRFBs. The electrochemical test results demonstrated that Co-Nd-MOF/GO-2 had excellent electrocatalytic effect on the redox reaction of V²⁺/V³⁺， which could improve the voltage efficiency（VE） and energy efficiency（EE） of VRFBs. At 50 mA/cm²， the Co-Nd-MOF/GO-2 composite-modified electrode decreased the overpotential by 259.7 mV and increased the discharge capacity by 263 mA·h compared with CF， and increased the VE and EE by 9.2% and 10%， respectively， compared with CF at 140 mA/cm². After cycling， the current density was tuned back to 50 mA/cm²， and the VE and EE almost had no attenuation. It was demonstrated that the doping of Co provided additional metal nodes and free holes， the composite of GO reduced the degree of agglomeration of MOF and provided more active sites for V²⁺/V³⁺， which facilitated charge transfer and ionic transfer， and the synergistic effect between GO and Co-Nd-MOF further led to the enhancement of the electrical conductivity of composite electrode materials. This study provides a practical approach to advance the further application of VRFB.

Key words: Metal-organic framework, Co-doping, Graphene oxide, Vanadium redox flow battery, Electrocatalytic activity

CLC Number:

O646

TrendMD:

WANG Delong, XING Shilu, LI Chunli, ZHOU Nan, HAO Yaling, HUO Rong, LI Xiuhua, LIU Huifeng. Synthesis and Electrochemical Performance of Nanostructured Co-Nd-MOF/GO Electrode Materials[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(11): 20250191.

Figures/Tables 13

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Sample	ΔI_p/mA	ΔE_p/V	I_pa/I_pc
Nd⁃MOF	2.65	0.068	1.62
Co⁃Nd⁃MOF	4.00	0.064	1.59
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃1	4.79	0.072	1.48
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃2	5.27	0.056	1.47
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃3	4.50	0.059	1.50

Sample	ΔI_p/mA	ΔE_p/V	I_pa/I_pc
Nd⁃MOF	2.65	0.068	1.62
Co⁃Nd⁃MOF	4.00	0.064	1.59
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃1	4.79	0.072	1.48
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃2	5.27	0.056	1.47
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃3	4.50	0.059	1.50

Sample	R_s/Ω	R_ct/Ω
Nd⁃MOF	0.614	0.616
Co⁃Nd⁃MOF	0.618	0.582
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃1	0.625	0.525
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃2	0.613	0.397
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃3	0.614	0.416

Sample	R_s/Ω	R_ct/Ω
Nd⁃MOF	0.614	0.616
Co⁃Nd⁃MOF	0.618	0.582
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃1	0.625	0.525
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃2	0.613	0.397
Co⁃Nd⁃MOF/GO⁃3	0.614	0.416