由于析氧反應(OER)動力學緩慢，電催化水分解裝置的能量轉換效率受到限制。迄今為止，釕(Ru)和銥(Ir)基催化劑(RuO2和IrO2)由于其優越的水氧化活性而被認為是OER的基準催化劑。
但是，Ru和Ir價格昂貴且稀缺，限制了它們在大規模設備中的使用。根據最近的研究，基于非貴金屬的金屬有機框架(MOFs)已成為一種應用廣泛的OER電催化劑。由于其可及性、可調孔隙率和化學功能以及明確的周期框架結構，在構建高效水氧化催化劑方面具有很大的前景。
近日，香港城市大學朱宗龍、新加坡科技研究局(A*STAR)徐政濤和暨南大學王子龍等設計了一種以硫醇官能化的2,6-二巰基苯-1,4-二羧酸(DMBD)作為連接劑的Ni-MOF催化劑(Ni(DMBD)?MOF)，其具有優異的電催化OER活性。
該二維MOF具有金屬?硫(M?S)和金屬?氧(M?O)鍵，并且層間空間包含第二種類型的金屬離子與羧基O供體結合，并由水配體橋接。這種新的MOF并不是像之前的研究那樣將Ni?S催化劑顆粒沉積到MOF基質上，而是將Ni?S集成到配位鏈中，以功能化MOF框架。
此外，密度泛函理論(DFT)計算表明，所制備的Ni(DMBD)?MOF具有金屬電子結構，表明集成的Ni?S增強了電導率。
基于上述結論，研究人員在Ni(DMBD)?MOF加入Fe元素，雙金屬NiFe(DMBD)-MOF在100 mA cm?2電流密度下的過電位低至280 mV；在以NiFe(DMBD)-MOF/NF為陽極和Pt/C/NF為陰極的水電解槽中，僅需1.50 V的電池電壓就能產生10 mA cm?2的電流密度。
總的來說，本研究展示了一種高效穩定的MOF OER催化劑，并且為利用分子設計和晶體工程實現明確定義的晶體電催化劑提供了有效策略。
Molecular Engineering Metal-Organic Frameworks as Efficient Electrochemical Catalysis for Water Oxidation. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202300945
