ACS Materials Lett. | 单颗粒水平上MOF基催化剂的构效关系
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以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
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英文原题： The Microstructure–Activity Relationship of Metal–Organic Framework-Based Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction at the Single-Particle Level
通讯作者： 逯乐慧，中科院长春应用化学研究所
作者： Chen Liu（刘辰）, Jianan Xu（许佳楠）, Chunhuan Jiang（姜春环）, Han Gao（高晗）, Xiaoyan Ren（任晓燕）
金属有机框架材料（MOF）及其衍生物由于其多样化的结构、高比表面积和可调控的结构受到广泛关注。在MOF基催化剂参与的催化反应过程中，通过表面转换进行的电子调节，结构重排和晶格应变等情况经常发生，从而导致其衍生物的形成。尽管以前的研究表明这些结构变化的重要性，但监测 MOF 催化剂在反应过程中的结构转变及其对催化活性的影响仍然缺乏技术手段。
文章亮点
近日，中科院长春应用化学研究所逯乐慧研究团队报道了一种单体电化学策略。该策略将单颗粒测试方法与纳米级扫描电化学池显微镜相结合，揭示了MOF 基催化剂结构与电催化析氧活性的关系。结果表明，具有高催化活性的晶界和具有不同催化活性的晶面的共同作用导致单个颗粒催化活性的空间分布不均匀，这解释了TOF (Turnover number)值和颗粒厚度之间的负相关性。
图1. MOF催化剂
该研究通过借助金纳米电极的高稳定性与强吸附性，实现了对单个MOF催化剂颗粒的快速取样并完成电化学测试。实验结果发现阴阳离子在MOF催化剂孔洞内部实现了催化剂的离子导电且保持形貌的稳定。
图2. 微结构－活性关系
通过对多组单颗粒测试数据的统计分析，他们发现MOF催化剂颗粒与厚度成负相关性。为了探究这种负相关性的来源，他们通过扫描电化学池显微镜将表征进一步提高到了纳米尺度。结合实验数据与晶体模型，他们确定晶界处的金属原子具有最高的催化活性，且各晶面原子催化活性存在差异。
总结/展望
基于金纳米电极的单颗粒测试方法适用广泛，可以实现以单颗粒的形式测量金属、非金属和聚合物等多种颗粒的电化学行为，并扩展到各种复杂体系。二维MOF纳米片的电催化活性与它们的厚度呈现出明显的负相关性。这种负相关性是由原始晶面导电性的差异以及晶界的存在导致的。不同催化位点之间的本征催化活性存在显著的差异。因此，催化剂的设计可以通过识别活性位点并控制形貌来提高优良催化位点的比例。相关论文发表在期刊 ACS Materials Letters 上，中科院长春应用化学研究所博士研究生 刘辰 为文章第一作者， 逯乐慧研究员 为通讯作者。
通讯作者信息：
逯乐慧 中科院长春应用化学研究所
逯乐慧，中科院长春应用化学研究所研究员，长期致力于谱学探针功能设计及其调控机制研究，在 Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc. 等SCI期刊上发表通讯作者论文81篇，SCI他引13900多次。
课题组主页：
http://lehuilu.ciac.jl.cn/
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ACS Materials Lett. 2023, 5, XXX, 1902–1910
Publication Date: June 9, 2023
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00404
Copyright © 2023 American Chemical Society