ACS Nano：金属有机框架组装双功能微反应器用于电荷调制和应变生成以增强氧电催化

Nanoyu

2022-05-28

尽管二维金属有机框架(MOFs)用于电催化析氧反应(OER)具有良好的催化活性，但它们的OER反应动力学仍然受限于缓慢的四电子转移过程。

近日，华中师范大学Ming Qiu，新南威尔士大学戴黎明教授，浙江大学侯阳开发了一种二茂铁羧酸(FcCA)部分取代的对苯二甲酸钴(CoBDC)催化剂，该催化剂具有由两种Co活性中心和配体FcCA (CoBDC FcCA)组成的双功能微反应器。

文章要点

1）得益于超薄纳米片结构，CoBDC FcCA催化剂具有出色的OER性能，过电位仅需280 mV，电流密度即可达到10mA cm^-2，塔菲尔斜率小至53mV dec^-1。

2）研究人员通过结构表征和理论计算直接揭示了两种Co活性基团与FcCA的配位作用，形成了拉伸应变的微反应器，导致Co自旋从高自旋态(T_2g⁵e_g²)转变为中间自旋态(T_2g⁶e_g¹)，从而调节Co 3d和O 2p轨道的反键态。

3）原位光谱测量表明，该催化剂具有最优的OH*吸附能，有利于在OHO*中间体上形成O−O键，从而有效地降低了速率决定步骤(O*→OHO*)的热力学吉布斯自由能，从而加速了整个OER过程的反应动力学。

4）当负载在集成的BiVO₄光阳极上作为助催化剂时，CoBDC FcCA能够实现高效的太阳能驱动的水分解制氧。

参考文献

Fan He, et al, Metal−Organic Frameworks with Assembled Bifunctional Microreactor for Charge Modulation and Strain Generation toward Enhanced Oxygen Electrocatalysis, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c02685

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02685