上硅所Nano Research: 金属有机骨架的原位转化并用于电催化析氧

【做计算 找华算】 理论计算助攻顶刊，10000+成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！

经费预存选华算，高至15%预存增值！

上海硅酸盐研究所王现英，王平和严雅等人 报道通过一步溶剂热法合成一种用于OER的FeCoNi配位1,3,5-均苯三羧酸(FeCoNiBTC)金属有机骨架(MOF)，并观察在OER过程中，FeCoNiBTCMOF表面发生了快速的原位化学和电化学转变。

所形成的催化活性FeCoNiO _x (OH) _y 物种保留了初始FeCoNiBTC的独特结构特征，并且具有多个相互配合调节电子结构的过渡金属活性节点。原位转化的FeCoNiO _x (OH) _y 表现出优异的OER催化活性，在碱性电解液中达到100mA·cm ^-2 电流密度下过电势仅为230mV、Tafel斜率为50.2mV·dec ^-1 和以及80h的优异稳定性。

DFT计算研究原位形成的金属羟基氧化物对MOF基电极优异OER催化活性的促进作用。

首先，进行PDOS计算以预测从金属配体到金属羟基氧化物的转变对金属位点电子结构的影响。

添加第二种金属（Fe或Co）导致d带中心向费米面移动。 三金属FeCoNiO _x (OH) _y 最接近费米面，距离费米面仅-2.5eV，比制备的FeCoNiBTC更接近，表明原位形成的金属羟基氧化物比初始金属节点具有更高的催化活性 。

进一步计算的反应的自由能图和相应的反应路径。与单金属NiO _x (OH) _y 不同，限速步骤是从*OH到*O，双金属CoNiO _x (OH) _y 、FeNiO _x (OH) _y 和三金属FeCoNiO _x (OH) _y 的限速步骤是从*O到*OOH。

研究发现添加Fe或Co不仅降低析氧反应所需的过电势，而且还调节Ni位点的限速步骤。 当两种元素同时引入时，由于表面不平整引起的应变效应和氢键导致部分偏差，打破了3.2比例关系（即*OOH和*OH之间的自由能线性比例关系），使过电位低至0.27V 。 因此，MOFs转化的金属羟基氧化物被确定为真正的活性物种，导致优异的OER活性。

Kang Zhang, Yuting Zhu. et al . In-situ transformed trimetallic metal-organic frameworks as an efficient pre-catalyst for electrocatalytic oxygen evolution. Nano Res. (2022).

https://doi.org/10.1007/s12274-022-4701-z

  点击阅读原文，提交计算需求！