電催化析氧（OER）反應(yīng)的過渡雙金屬基MOFs和MOFs衍生催化劑單位：中國石油大學(xué)，加州大學(xué)河濱分校近年來，隨著人們對于清潔能源的需求日益增長，以及日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題的亟待解決，發(fā)展清潔能源成為現(xiàn)下的當(dāng)務(wù)之急。電催化全解水是目前來看產(chǎn)生清潔和綠色能源比較有效和可持續(xù)發(fā)展的途徑之一。但是，由于OER反應(yīng)為四電子轉(zhuǎn)移過程，導(dǎo)致全解水的反應(yīng)動力學(xué)比較緩慢，過電位較大，所以成為全解水發(fā)展的瓶頸。雖然，貴金屬IrO2 和RuO2是目前性能和穩(wěn)定性比較具有工業(yè)化應(yīng)用潛力的催化劑，但是比較高的成本限制了其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。所以，發(fā)展高效低成本，特別是穩(wěn)定的非貴金屬催化劑迫在眉睫。在不同的非貴金屬催化劑中，第一行的過渡金屬元素Fe, Co和Ni基的催化劑由于具有良好的OER活性而備受關(guān)注。MOF材料是一類由有機配體和金屬配位而形成的多孔配位聚合物，由于其具有較大的比表面積和可調(diào)節(jié)的孔隙率使得其成為有前途的電催化材料。與單金屬MOFs相比，雙金屬MOFs具有更多且可調(diào)節(jié)的活性位點及雙金屬之間的協(xié)同效應(yīng)使得其具有更加優(yōu)異的催化活性。近年來，雙金屬MOFs，特別是NiFe-MOFs, NiCo-MOFs 和CoFe-MOFs由于兩種不同的金屬之間存在的協(xié)同效應(yīng)及可控的金屬節(jié)點使得其在電解水產(chǎn)氧方面?zhèn)涫荜P(guān)注。近日，中國石油大學(xué)（北京）戈磊教授與美國加州大學(xué)，河濱分校馮萍云教授合作指導(dǎo)博士研究生李松松在Energy & Environmental Science 期刊發(fā)表題為“Transition metal-based bimetallic MOFs and MOF-derived catalysts for electrochemical oxygen evolution reaction”的綜述性文章。電催化析氧反應(yīng)(OER)在各種可再生能源轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)中都發(fā)揮著重要的作用，如水分解、金屬空氣電池、二氧化碳電化學(xué)還原以及微生物電解電池等。過渡雙金屬基雙金屬MOFs(TMB MOFs)由于不同的金屬之間存在特殊的協(xié)同效應(yīng)，其OER性能和穩(wěn)定性往往優(yōu)于相應(yīng)的單金屬MOFs。另外，得益于化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)類型的多樣性，TMB多金屬MOFs還可以作為前驅(qū)體和模板，以獲得具有高比表面積的碳化物、金屬硫化物、磷化物和氫氧化物等。這些具有高密度活性位點的材料在水氧化反應(yīng)中顯示出優(yōu)異的催化活性。本文綜述了近三年來雙金屬MOFs作為OER電催化劑的研究進展，重點介紹了雙金屬MOFs的結(jié)構(gòu)組成、OER性能及反應(yīng)機理。
要點一：該綜述首先簡單介紹了OER反應(yīng)機理、評價參數(shù)及性能的影響因素，并總結(jié)歸納了雙金屬MOFs的合成方法。然后，系統(tǒng)介紹了近三年來NiFe, NiCo及FeCo-MOFs 及其衍生物在OER領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，并利用DFT計算及原位測試技術(shù)分析說明OER反應(yīng)過程中真正的活性位點和相變演化過程，揭示其反應(yīng)機理。最后，探討了目前雙金屬MOFs作為OER催化劑存在的問題及挑戰(zhàn)，并對設(shè)計更有效、有前景的雙金屬MOFs進行了展望。要點二：目前對于雙金屬MOF的精確結(jié)構(gòu)信息和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定仍然欠缺，這往往無法準(zhǔn)確識別金屬原子在雙金屬MOF中的準(zhǔn)確分布位置，對于OER的機理解釋及后期對于催化劑的設(shè)計存在一定的阻礙。因此，精確解析MOF的結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。要點三：雙金屬MOF是一種非常有前途的制備MOFs衍生物的前驅(qū)體和模板，包括制備碳化物和金屬化合物等。其優(yōu)點為：1）通過調(diào)控MOF的結(jié)構(gòu)控制金屬及摻雜原子的分布；2）MOF衍生物骨架具有大量的為孔及介孔，為產(chǎn)物氣體的傳遞提供了通道，這對電催化反應(yīng)至關(guān)重要。要點四：由于大多數(shù)MOF基的催化劑其活性位點在反應(yīng)過程中容易被氧化或還原。因此結(jié)合多種原位測試以跟蹤反應(yīng)過程中的動態(tài)變化，對于深入了解并解釋OER機理和合理設(shè)計催化劑非常必要。要點五：雖然貴金屬目前是工業(yè)催化劑的首選，但從長遠來看，仍有必要開發(fā)和探索自然界豐富、性能優(yōu)異、成本低廉的催化劑。Transition metal-based bimetallic MOFs and MOF-derived catalysts for electrochemical oxygen evolution reactionhttps://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d0ee03697h#!divAbstract
