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三单位联合AM：首次报道！重构MOF作为稳定的OER电催化剂

时间：2022-11-26 来源： 浏览：

三单位联合AM：首次报道！重构MOF作为稳定的OER电催化剂

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根据设计的骨架结构重构金属有机骨架（MOFs），为实现优异的OER电催化性能提供了突破的机会，但由于合成过程中的重大挑战，很少研究。
基于此， 北京大学深圳研究生院杨世和教授、昆明理工大学张利波教授和胡觉教授、香港理工大学黄勃龙教授（共同通讯作者）等人 首次报道了通过精确重建MOF结构，即在活性位点具有不同配位环境的MOF-74-Fe到MIL-53(Fe)-2OH，制备了一种稳定的OER电催化剂。
制备的MIL-53(Fe)-2OH催化剂在10 mA cm -2 时的过电位为215 mV，Tafel斜率为45.4 mV dec -1 和在300 mV过电位时周转频率为1.44 s -1 ，是商用IrO 2 催化剂（0.0177 s -1 ）的80多倍。
密度泛函理论（DFT）计算揭示了这两种MOFs不同的电子结构。从费米能级（E F ）附近的电子分布发现，MOF-74-Fe的成键轨道以碳链为主，只有有限的Fe位贡献，导致Fe的电活性相对较弱。
在MIL-53(Fe)-2OH中，Fe位点表现出高度富电子特征，表明高电活性。同时，酚基的O位点和连接点有利于MIL-53(Fe)-2OH内的电子转移，从而提高OER性能。
值得注意的是，Fe-3d轨道表现出3.43 eV的e g -t 2g 大分裂，导致MOF-74-Fe中存在较大的电子转移障碍。
OH-s, p轨道位于较深的位置，主要起到电子储层的作用，Fe-3d与OH-s, p轨道之间有限的重叠增加了点对点电子转移的难度。
MIL-53(Fe)-2OH中Fe-3d轨道的e g -t 2g 分裂显著减轻到1.19 eV，更有效的电子从MOF转移到中间产物。
Rationally Reconstructed Metal-organic Frameworks as Robust Oxygen Evolution Electrocatalysts. Adv. Mater., 2022 , DOI: 10.1002/adma.202208904.
https://doi.org/10.1002/adma.202208904.
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