室温快速合成一种钴基金属有机框架材料纳米颗粒用于高效氧析出

贾宏男 姚 娜 丛恒将

(武汉大学化学与分子科学学院，武汉 430072)

0 引言

发展可持续的能源转换和储存技术是缓解环境污染和能源短缺的关键，裂解水制氢已成为将可再生光能/电能转化为化学燃料的重要策略，然而由于受制于阳极氧析出(oxygen evolution reaction，OER)涉及复杂的4电子转移过程，其迟缓的反应动力学限制了反应效率[1⁃3]。虽然贵金属氧化物(RuO2、IrO2)被认为是目前最先进的OER电催化剂，但它们的稀有性和高成本阻碍了进一步实际应用[4⁃6]。因此，人们对非贵电催化剂的研究产生了浓厚的兴趣，试图开发更加经济适用的过渡金属基电催化剂[7⁃9]。与传统的无机材料相比，金属有机框架材料(metal⁃organic frameworks，MOFs)种类和结构的多样性使其在电催化剂的设计、合成上优势明显。MOFs是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键构筑的新型多孔晶体材料，已在催化[10⁃12]和气体储存[13⁃15]等领域得到了广泛的应用，尤其是其超高的比表面积、有序的孔结构、丰富的金属活性位点和结构多样化等优点使得MOFs成为理想的电催化材料。实际上，有大量MOFs在OER中表现出优异的催化活性，OER的反应中心被认为是MOF阳极上的金属中心[16⁃18]。有研究表明，MOFs的结晶性、尺寸和形貌对其性能有关键性的影响[19⁃20]，例如，MOFs纳米颗粒因其较高的比表面积而展现出较好的催化活性等。然而，关于制备MOFs纳米颗粒用于OER催化的报道还比较少，其合成也伴随着大量的时间和能耗[21⁃23]。因此，开发一种快速、便捷的合成方法大量制备MOFs纳米电催化剂仍颇具挑战性。……