由于析氧反应(OER)动力学缓慢，电催化水分解装置的能量转换效率受到限制。迄今为止，钌(Ru)和铱(Ir)基催化剂(RuO₂和IrO₂)由于其优越的水氧化活性而被认为是OER的基准催化剂。

但是，Ru和Ir价格昂贵且稀缺，限制了它们在大规模设备中的使用。根据最近的研究，基于非贵金属的金属有机框架(MOFs)已成为一种应用广泛的OER电催化剂。由于其可及性、可调孔隙率和化学功能以及明确的周期框架结构，在构建高效水氧化催化剂方面具有很大的前景。

近日，香港城市大学朱宗龙、新加坡科技研究局(A*STAR)徐政涛和暨南大学王子龙等设计了一种以硫醇官能化的2,6-二巯基苯-1,4-二羧酸(DMBD)作为连接剂的Ni-MOF催化剂(Ni(DMBD)−MOF)，其具有优异的电催化OER活性。

该二维MOF具有金属−硫(M−S)和金属−氧(M−O)键，并且层间空间包含第二种类型的金属离子与羧基O供体结合，并由水配体桥接。这种新的MOF并不是像之前的研究那样将Ni−S催化剂颗粒沉积到MOF基质上，而是将Ni−S集成到配位链中，以功能化MOF框架。

此外，密度泛函理论(DFT)计算表明，所制备的Ni(DMBD)−MOF具有金属电子结构，表明集成的Ni−S增强了电导率。

基于上述结论，研究人员在Ni(DMBD)−MOF加入Fe元素，双金属NiFe(DMBD)-MOF在100 mA cm⁻²电流密度下的过电位低至280 mV；在以NiFe(DMBD)-MOF/NF为阳极和Pt/C/NF为阴极的水电解槽中，仅需1.50 V的电池电压就能产生10 mA cm⁻²的电流密度。

总的来说，本研究展示了一种高效稳定的MOF OER催化剂，并且为利用分子设计和晶体工程实现明确定义的晶体电催化剂提供了有效策略。

Molecular Engineering Metal-Organic Frameworks as Efficient Electrochemical Catalysis for Water Oxidation. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202300945