氧氣逸出反應(yīng)(OER)是導(dǎo)致分子氧生成的化學(xué)過(guò)程。該反應(yīng)對(duì)于清潔能源技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，包括水電解槽，可再生燃料電池和可充電金屬空氣電池。

迄今為止，該反應(yīng)發(fā)生的程度在許多材料中受到限制，這限制了某些類型的能源技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率。因此，材料科學(xué)家一直在嘗試尋找可替代的材料，包括金屬，金屬氧化物和氫氧化物，它們可用作電催化劑來(lái)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。然而，到目前為止確定的材料對(duì)于大規(guī)模實(shí)施而言并不是理想的，因?yàn)樗鼈儾皇翘貏e耐久或太昂貴。

廣泛研究作為OER可能的電催化劑的一類材料是金屬有機(jī)骨架(MOF)，雜化和結(jié)晶化合物，它們由規(guī)則排列的帶正電的金屬離子陣列包圍，并被有機(jī)分子包圍。盡管這些材料具有令人鼓舞的催化性能，但科學(xué)家們尚未找到提高其性能的最佳策略。

中國(guó)國(guó)家納米科學(xué)技術(shù)中心，悉尼大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的研究人員最近設(shè)計(jì)了一種策略，該策略可在氧釋放反應(yīng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高活性MOF的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。在《自然能源》上發(fā)表的一篇論文中提出的這一策略可以增加新興能源技術(shù)中的OER活動(dòng)，從而提高其轉(zhuǎn)換效率。

MOFs的潛在誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程。圖片來(lái)源：Zhao等

“在2016年，我們發(fā)現(xiàn)了一類超薄金屬-有機(jī)骨架納米片(UMOFNs)，展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化氧釋放活性和穩(wěn)定性，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究者之一唐志勇告訴Tech Xplore。“一旦報(bào)道，它就引起了科學(xué)界的廣泛興趣，并且使用不同的基于MOF的材料成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)水分解的催化活性的顯著改善。即使我們的MOF設(shè)計(jì)看起來(lái)很有希望，但有關(guān)MOF起源的根本問(wèn)題高的OER催化活性促使我們著手進(jìn)行為期五年的研究探索，這一探索以我們最近的論文告終。”

Tang和他的同事最近進(jìn)行的研究的主要目的是揭示MOF電催化過(guò)程中高OER活性的起源和原因。最終，這將使研究人員能夠設(shè)計(jì)出高性能的OER電催化劑，從而降低能耗并提高電解效率。

唐解釋說(shuō)：“我們?cè)贛OF的金屬陽(yáng)極上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)電位誘導(dǎo)的兩步重建。” “我們發(fā)現(xiàn)金屬物質(zhì)在相對(duì)較低和較高的施加電勢(shì)下將分別轉(zhuǎn)換為Ni 0.5 Co 0.5(OH)2和Ni 0.5 Co 0.5 OOH 0.75物質(zhì)。原位形成的Ni 0.5 Co 0.5 OOH 0.75(在高施加電壓下)電位高，氧空位高，氧化態(tài)高與高放氧活性密切相關(guān)。”

在Tang和他的同事們?cè)O(shè)計(jì)的OER期間，用于對(duì)高M(jìn)OF進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的方法很簡(jiǎn)單，最終可以用于在室溫下大規(guī)模生產(chǎn)清潔能源技術(shù)。研究人員使用這種方法創(chuàng)建了OER催化劑，該催化劑可以集成到各種可再生能源技術(shù)中，包括電解槽，金屬空氣電池和可逆燃料電池，從而提高了轉(zhuǎn)化效率。

唐說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并在MOF電催化過(guò)程中鑒定了高活性物種。” “我們的工作介紹了MOF催化的原子級(jí)催化機(jī)理，同時(shí)也為設(shè)計(jì)基于MOF的高性能OER催化劑鋪平了道路。利用這種機(jī)理，我們開(kāi)發(fā)了具有極低超電勢(shì)的高性能NiFe MOF催化劑，我們現(xiàn)在正在尋求其他支持，以擴(kuò)大這項(xiàng)工作以進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試。”

標(biāo)簽： 金屬有機(jī)骨架