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氫能作為一種清潔能源，在碳達峰和碳中和目標的實現中扮演著關鍵角色。電解水是規?；a綠色、零碳氫氣的最具前景的策略之一，然而陽極析氧反應（OER）較高的過電勢造成額外的能量成本，限制了其大規模的商業化應用。金屬有機框架（MOFs）因其明確的晶體結構、周期性的原子排列及高度可設計的金屬活性中心和有機配體，被認為是極具前景的高性能OER催化劑。然而，由于配位結構和電子結構之間復雜的相互作用，合理設計具備優化活性中心的高效MOF基OER催化劑主要依賴于經驗試錯的方式，這極大地阻礙了催化劑的理性設計。同時，從原子尺度理解催化劑的構效關系成為催化領域探索的基本問題，研究物理現象背后的本質機理已經成為解析催化活性的重點。

近日，中國海洋大學黃明華教授團隊與浙江大學韓仲康研究員團隊等合作，結合密度泛函理論計算（DFT）和人工智能數據挖掘方法（SGD）以及實驗驗證的方式，揭示了數據驅動的與催化活性高度相關的MOFs基OER催化劑的可解釋描述符。

該工作采用雙金屬鎳基MOFs為模型材料，以DFT計算得到的過電位作為活性描述符，考慮3-5d取代過渡金屬以及13種取代有機配體的配位特征后，構建了用于SGD分析的數據庫。進一步地，DFT理論模擬計算了這些新構建的MOFs材料中的電子結構性質以及含氧中間體的吸附和脫附性能。在此基礎上，結合催化劑材料的原子和體相特征，確定了18種催化活性的關鍵特征。利用新發展的SGD方法篩選得到與催化活性密切相關的描述符，這些特征被揭示為優異OER催化活性的關鍵因素，其中包括鎳金屬位點的d帶中心、e_g軌道的缺失電子數目以及取代過渡金屬元素的第一電離能和e_g軌道的填充電子數目。最后，通過實驗合成不同的鎳基金屬和配體取代的11種雙金屬MOFs材料，驗證了理論篩選的催化反應描述符與實驗結果的一致性。通過所篩選的可解釋描述符，該工作獲得了關于催化劑結構-OER活性關系的深層見解，為MOF基OER催化機制的闡明提供了較為全面的理解，同時一定程度上提供了理性設計高效催化劑的新范式。

論文信息

Interpretable Data-Driven Descriptors for Establishing the Structure-Activity Relationship of Metal–Organic Frameworks Toward Oxygen Evolution Reaction

Dr. Jian Zhou,?Dr. Liangliang Xu,?Dr. Huiyu Gai,?Ning Xu,?Zhichu Ren,?Xianbiao Hou,?Zongkun Chen,?Dr. Zhongkang Han,?Debalaya Sarker,?Sergey V. Levchenko,?Minghua Huang

文章的第一作者是中國海洋大學的碩士研究生周健（現為慕尼黑工業大學博士）和韓國科學技術院的徐亮亮博士。

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202409449

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