最近的研究表明，异质结纳米结构可以提高LDH基催化剂的OER性能。这些异质结纳米结构中相界面的存在促进了不同组分之间的高效电荷转移，从而调节了活性位点的电子结构和配位环境。
为了提高电催化性能，在异质结界面上策略性地引入了低配位原子(LCA)。这些LCA与相邻原子表现出强烈的电子相互作用，促进了具有中间自旋态eg=1的金属离子的形成。这种电子结构有利于优化关键反应中间体的吸附行为，从而提高OER活性。在 OER途径中，*OOH的形成被认为是速率控制步骤(RDS)。
然而，*OOH中间体具有较高的形成能，并且本质上不稳定，这显著阻碍了催化剂的催化效率。因此，OER电催化剂的基本设计原则是稳定*OOH，并有效降低RDS能垒，以提高其本征活性。
近日，大湾区大学(筹)郭文翰、王忆安和四川师范大学谢奉妤等通过两步水热工艺成功构建了一种双金属LDH/MOF异质结材料，该材料具有低配位的双Ni-Mn位点，可作为高效的双功能OER/UOR电催化剂。
结果表明，得到的LC-NiMn-LMF催化剂在10 mA cm-2处的OER过电位仅为232 mV；对于UOR，该催化剂在1.33 V时达到10 mA cm-2的电流密度，比OER所需的电位低130 mV。此外，使用LC-NiMn-LMF和Pt/C分别作为阳极和阴极组装的阴离子交换膜(AEM)水电解槽达到500 mA cm-2电流密度所需的电压仅为1.865 V，并在500 mA cm-2下稳定运行超过100小时。
理论计算和实验研究表明，LC-NiMn-LMF突出的双功能OER和UOR性能源于其异质结界面上双金属位点的低配位结构。这种结构将NiMn-LDH中Ni-Mn位点传统的负协同转化为LDH中相邻的低配位Ni和MOF中的Mn之间的正相互作用。
这主要是由于Mn向Ni的电子转移受到抑制，促进了关键*OOH中间体的形成和稳定。此外，低配位异质结的形成增强了OER和UOR反应中间体的吸附，有效降低了电氧化的能垒。
总的来说，该项工作通过异质结工程将本质上不利的双金属相互作用转化为正协同效应，为先进的双金属电氧化催化剂的设计提供了参考。
Converting the negative Ni-Mn synergy into positive in lower-coordination layered double hydroxide/metal-organic framework heterojunction for efficient water and urea electrooxidation. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202506007
