開發(fā)高效電催化劑進(jìn)行水的電化學(xué)轉(zhuǎn)化，以生產(chǎn)環(huán)保、可持續(xù)的氫能源，是備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題。陽極處的析氧反應(yīng)（OER）在水裂解中發(fā)揮關(guān)鍵作用。而OER反應(yīng)需要相對(duì)較大的熱力學(xué)電位（超過1.23V vs. RHE）以克服因四個(gè)“電子-質(zhì)子”轉(zhuǎn)移過程導(dǎo)致的緩慢動(dòng)力學(xué)。近年來，金屬有機(jī)骨架（MOFs）因大比表面積、孔隙可調(diào)以及多樣的成分和金屬中心而成為高效OER電催化劑的理想材料，但MOFs固有的低電導(dǎo)率嚴(yán)重阻礙了其催化活性。 

　　中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所界面功能高分子材料團(tuán)隊(duì)研究員張濤、浙江大學(xué)研究員侯陽、中科院大連化學(xué)物理研究所研究員肖建平合作，開發(fā)出二維納米限域策略，即通過雙電極電化學(xué)系統(tǒng)將導(dǎo)電性差的MOFs限域在石墨烯層間（圖1），進(jìn)而提高其OER催化活性。該研究所獲得的NiFe-MOF//G催化劑僅需106mV的極低過電位即可達(dá)到10 mA cm^-2電流密度，優(yōu)于原始NiFe-MOF及此前報(bào)道的多數(shù)MOFs及其衍生物的催化活性（圖2）。同時(shí)，NiFe-MOF//G表現(xiàn)出優(yōu)異的OER催化穩(wěn)定性，在10 mA cm^-2電流密度下可穩(wěn)定運(yùn)行超過150h（圖2）。 

　　科研人員在進(jìn)一步的表征及理論計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，石墨烯多層納米限域不僅可在MOF結(jié)構(gòu)中形成高活性NiO₆-FeO₅畸變八面體物種，優(yōu)化MOF材料的電子結(jié)構(gòu)和催化中心（圖3），而且能夠降低水氧化反應(yīng)的極限電位（圖4）。該工作還證明了該策略能夠擴(kuò)展至其他不同結(jié)構(gòu)的MOFs，并提高它們的電催化活性。該成果對(duì)原始MOFs作為惰性催化劑的普遍概念提出了挑戰(zhàn)，揭示了低導(dǎo)電性甚至絕緣MOFs在電催化中的應(yīng)用潛力。 

　　相關(guān)研究成果以Exceptional catalytic activity of oxygen evolution reaction via two-dimensional graphene multilayer confined metal-organic frameworks為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究得到中科院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等的支持。 

　　論文鏈接 

圖1.NiFe-BTC//G的合成過程與結(jié)構(gòu)表征 

圖2.NiFe-BTC//G在堿性條件下的電化學(xué)析氧催化性能 

圖3.NiFe-BTC//G的局部原子配位環(huán)境和電子結(jié)構(gòu)分析 

圖4.OER活性的密度泛函理論計(jì)算