水電解技術(shù)是生產(chǎn)清潔氫能的關(guān)鍵，其核心反應(yīng)—析氧反應(yīng)（OER）需要活性高、穩(wěn)定性好的催化劑支撐。傳統(tǒng)催化劑在反應(yīng)中容易因結(jié)構(gòu)分解而失效，金屬有機框架（MOFs）因可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和活性位點，被認(rèn)為是高性能OER的候選催化劑。然而，MOFs面臨復(fù)雜的結(jié)構(gòu)重構(gòu)，重構(gòu)物種中有機配體的殘留狀態(tài)及其對催化活性的影響也無規(guī)律可循。 近日，山東大學(xué)吳昊教授團隊利用MOFs的結(jié)構(gòu)重構(gòu)，開發(fā)出一種新型MOF基復(fù)合催化劑，不僅性能超越傳統(tǒng)無機材料，還具備獨特的“易再生”能力，為高效穩(wěn)定水電解技術(shù)提供新思路。這項研究通過巧妙設(shè)計，將α-FeOOH（一種相對穩(wěn)定材料）包裹在兒茶酚基Ni-MOF表面，形成復(fù)合催化劑（FeOOH@Ni-CAT）。在電解過程中，該材料會自發(fā)轉(zhuǎn)化為高活性的γ-NiFeOOH結(jié)構(gòu)，但當(dāng)停止供電且移除溶解氧氣時，又能恢復(fù)為穩(wěn)定的α相結(jié)構(gòu)。這種“可逆轉(zhuǎn)化”特性使其在長期使用中保持性能穩(wěn)定，解決了催化劑的溶解難題。
易再生催化劑設(shè)計 實驗結(jié)果顯示，該催化劑僅需180毫伏的過電位即可驅(qū)動10 mA/cm2的電流密度，性能優(yōu)于商用銥基催化劑（260 mV），并能連續(xù)工作16天而無明顯衰減。團隊通過理論計算發(fā)現(xiàn)，材料表面的有機配體（HHTP）能優(yōu)化活性位點的電子結(jié)構(gòu)，增強反應(yīng)中間產(chǎn)物的吸附能力，從而大幅提升反應(yīng)活性。此外，這種配體調(diào)控策略具有普適性，為設(shè)計更多高效催化劑提供了新思路。 這一成果不僅揭示了催化劑動態(tài)重構(gòu)的機制，還為可再生能源（如太陽能、風(fēng)能）驅(qū)動的間歇性水電解提供了理想材料。未來，該技術(shù)有望推動低成本、長壽命氫能設(shè)備的開發(fā)。 論文信息 Ligand Modulation in Metal–Organic Frameworks Derived Regenerable Oxygen Evolution Electrocatalysts Xiao Wang, Zheng Peng, Wei Zhou, Xiaokang Chen, Yi Tan, Yi-Fan Huang, Zhi Liu, Wei-Qiao Deng, Hao Wu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202504148
