陈邦林/林仕伟Angew.：自重构MOFs异质结用于可切换的OER

2022年11月3日上午1:40 • 顶刊解读

设计同时具有优异的析氧反应（OER）活性和耐久性的金属-有机骨架（MOF）基催化剂是非常必要的，但由于其固有活性有限导致在苛刻的OER条件下难以实现。基于此，美国德克萨斯大学陈邦林教授和海南大学林仕伟教授（共同通讯作者）等人报道了通过氧化还原电化学和拓扑引导策略构建了稳定的自重构MOF异质结。由于Ni-BDC-1（BDC=1, 4-苯二甲酸）氢键的抑制作用，对比完全重构的Ni-BDC-3（332 mV），在电流密度为10 mA cm^-2下，自重构MOF异质结显示出225 mV的低过电位，显著提高的OER活性。

作者进行DFT计算，以深入了解自重构MOF异质结改善的OER活性。由析出的NiOOH作为上表面和Ni-BDC-3作为底层组成的双重结构，同时NiOOH被构建为Ni-BDC-3R的模拟模型。当未施加电势（U=0 V）时，两种催化剂的自由能均上升，表明需要施加额外的电势来触发OER反应。

具体而言，OH*的吸附（步骤I）显示Ni-BDC-1R的最高势垒（ΔG₁=1.40 eV），表明MOF异质结上对OH*的弱吸附亲和力。对于Ni-BDC-3R，作为RDS的OH*氧化为O*（步骤II）具有1.26 eV的势垒。因此，Ni-BDC-1R需要更多的能量来促进OER过程。

当施加电位达到1.3 V时，Ni-BDC-1R仍显示出吸附OH*的最高吸热自由能（0.29 eV）。在相同条件下，Ni-BDC-3R很容易形成O*物种，而其OER反应过程受到OH*吸附的限制（ΔG₁=0.14 eV）。

能量势垒分析表明，在1.3 V下，Ni-BDC-3R比Ni-BDC-1R对OER反应的能量更有利。从热力学角度来看，OER可以在Ni-BDC-1R的起始电位（1.4 V）附近自发发生，导致独特的泵开启OER活性

Self-Reconstructed Metal-Organic Framework Heterojunction for Switchable Oxygen Evolution Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202214794.

https://doi.org/10.1002/anie.202214794.

陈邦林/林仕伟Angew.：自重构MOFs异质结用于可切换的OER

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