Angew. Chem. ：金属-有机框架材料自重构异质结用于电解水析氧反应

开发具有优异电解水析氧反应（OER）活性和耐用性的非贵金属催化剂是促进可再生能源技术发展的关键。金属-有机框架材料（MOFs）因其强大的结构和功能可调性，已成为极具潜力的非贵金属OER催化剂。

然而，MOFs催化剂由于自身较弱的质量/电荷转移能力与有限的稳定性，其固有活性较低，且在苛刻OER条件下的结构演化难以控制，因此设计出兼具高OER活性与高稳定性的MOFs催化剂仍是目前的挑战性难题。

近日，海南大学材料科学与工程学院林仕伟教授、张玲副教授团队，通过拓扑导向策略，借助电化学氧化还原反应，成功构筑了具有高OER活性的稳态MOF自重构异质结。

作者以两种拓扑和形态上可区分的镍基MOFs（Ni-BDC-1和Ni-BDC-3）为预催化剂，通过电化学循环伏安实验对其进行活化，并成功控制了二者的演化程度。研究发现，具有六方致密Ni原子分布的Ni-BDC-3很容易在活化过程中彻底重构为NiOOH；相反，Ni-BDC-1由于层间配位水分子的弱氢键作用，其重构程度被有效抑制，并在晶格匹配限制下完成分步、部分重构，最终形成稳态的MOF自重构异质结。

结果表明，这种具有MOF自重构异质结的Ni-BDC-1R，其OER活性显著提高，10 mA cm^-2时的过电位仅为225 mV，显著优于彻底重构的Ni-BDC-3R（332 mV），是目前OER性能最好的MOFs催化剂之一。不同电压下的电化学阻抗谱揭示，Ni-BDC-1R的总电荷转移电阻在其OER起始电位（1.40 V）附近急剧下降，从而触发了一种独特的类开关OER行为。密度泛函理论（DFT）计算表明，OH*的吸附作为决速步，同样在其OER起始电位附近得到了显著优化。尤其是，Ni-BDC-1R的内部MOF矩阵与表面演化的NiOOH之间被证明形成了强内建电场。该内建电场可有效促进表面活性Ni位点的氧化还原，从而显著降低OER的整体反应能垒。此外，该MOF异质结的OER活性即使在100 mA cm^-2高电流密度下仍能长期保持稳定。这主要归功于表面演化的NiOOH涂层的屏蔽作用。

该工作不仅为基于强大的MOFs拓扑策略，设计研发兼具高活性和高稳定的OER催化剂提供了新思路，也为深入理解和合理设计先进、可持续能源技术开辟了新途径。

论文信息

Self-Reconstructed Metal-Organic Framework Heterojunction for Switchable Oxygen Evolution Reaction

Dr. Ling Zhang, Dr. Jiaji Wang, Dr. Ke Jiang, Dr. Zhaohui Xiao, Dr. Yuntian Gao, Prof. Shiwei Lin, Prof. Banglin Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214794