一种改变金属有机骨架电催化剂结构的策略
氧气逸出反应(OER)是导致分子氧生成的化学过程。该反应对于清洁能源技术的发展至关重要，包括水电解槽，可再生燃料电池和可充电金属空气电池。
迄今为止，该反应发生的程度在许多材料中受到限制，这限制了某些类型的能源技术的转化效率。因此，材料科学家一直在尝试寻找可替代的材料，包括金属，金属氧化物和氢氧化物，它们可用作电催化剂来促进反应的进行。然而，到目前为止确定的材料对于大规模实施而言并不是理想的，因为它们不是特别耐久或太昂贵。
广泛研究作为OER可能的电催化剂的一类材料是金属有机骨架(MOF)，杂化和结晶化合物，它们由规则排列的带正电的金属离子阵列包围，并被有机分子包围。尽管这些材料具有令人鼓舞的催化性能，但科学家们尚未找到提高其性能的最佳策略。
中国国家纳米科学技术中心，悉尼大学和中国科学院的研究人员最近设计了一种策略，该策略可在氧释放反应过程中实现高活性MOF的结构转变。在《自然能源》上发表的一篇论文中提出的这一策略可以增加新兴能源技术中的OER活动，从而提高其转换效率。
MOFs的潜在诱导结构转变过程。图片来源：Zhao等
“在2016年，我们发现了一类超薄金属-有机骨架纳米片(UMOFNs)，展现出优异的电催化氧释放活性和稳定性，”进行这项研究的研究者之一唐志勇告诉Tech Xplore。“一旦报道，它就引起了科学界的广泛兴趣，并且使用不同的基于MOF的材料成功地实现了对水分解的催化活性的显着改善。即使我们的MOF设计看起来很有希望，但有关MOF起源的根本问题高的OER催化活性促使我们着手进行为期五年的研究探索，这一探索以我们最近的论文告终。”
Tang和他的同事最近进行的研究的主要目的是揭示MOF电催化过程中高OER活性的起源和原因。最终，这将使研究人员能够设计出高性能的OER电催化剂，从而降低能耗并提高电解效率。
唐解释说：“我们在MOF的金属阳极上发现了一个电位诱导的两步重建。” “我们发现金属物质在相对较低和较高的施加电势下将分别转换为Ni 0.5 Co 0.5(OH)2和Ni 0.5 Co 0.5 OOH 0.75物质。原位形成的Ni 0.5 Co 0.5 OOH 0.75(在高施加电压下)电位高，氧空位高，氧化态高与高放氧活性密切相关。”
在Tang和他的同事们设计的OER期间，用于对高MOF进行结构转换的方法很简单，最终可以用于在室温下大规模生产清洁能源技术。研究人员使用这种方法创建了OER催化剂，该催化剂可以集成到各种可再生能源技术中，包括电解槽，金属空气电池和可逆燃料电池，从而提高了转化效率。
唐说：“我们发现了结构转变，并在MOF电催化过程中鉴定了高活性物种。” “我们的工作介绍了MOF催化的原子级催化机理，同时也为设计基于MOF的高性能OER催化剂铺平了道路。利用这种机理，我们开发了具有极低超电势的高性能NiFe MOF催化剂，我们现在正在寻求其他支持，以扩大这项工作以进行大规模测试。”
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