近日，中科院高能所多學(xué)科中心董俊才副研究員及其合作者，利用北京同步輻射裝置的原位X射線譜學(xué)技術(shù)和理論計算精確揭示了金屬有機(jī)框架材料（MOF）在電解水析氧反應(yīng)（OER）過程中活性物種的動態(tài)演化路徑與調(diào)控機(jī)制，相關(guān)研究成果以“Structural transformation of highly active metal–organic framework electrocatalysts during the oxygen evolution reaction”為題發(fā)表在Nature Energy期刊上。
電解水制氫是發(fā)展綠色可持續(xù)能源的重要途徑，高效、穩(wěn)定且廉價的OER電催化劑是電解水裝置規(guī)?；痛笠?guī)模部署的決定因素之一，因此推進(jìn)對服役狀態(tài)下電化學(xué)電極表界面上發(fā)生的動態(tài)復(fù)雜過程的基本認(rèn)識來指導(dǎo)電催化劑的精準(zhǔn)設(shè)計具有重要現(xiàn)實意義。鑒于此，研究團(tuán)隊選取了高活性和金屬比例可精確調(diào)節(jié)的雙金屬NiCo-MOF-74作為模型催化劑，采用原位X射線吸收譜和X射線熒光光譜，結(jié)合理論計算揭示高活性主要來源于具有高氧化態(tài)和豐富氧缺陷的中間物種Ni0.5Co0.5OOH0.75，更有利于對氧中間體的吸附和脫附，從而使MOF具有優(yōu)異OER性能。這項工作不僅從原子層面上闡釋了MOF基材料在電解水析氧反應(yīng)中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的基本過程，還為高性能OER電催化劑的設(shè)計提供了全新的指導(dǎo)方針。
近年來，北京同步輻射裝置致力于發(fā)展用于材料服役狀態(tài)研究的各類原位X射線譜學(xué)裝置以及數(shù)據(jù)分析方法，對國內(nèi)外用戶在能源催化領(lǐng)域開展的諸多前沿研究產(chǎn)生了極大的推動作用。
該項工作得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會，國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等的資助支持。
論文信息如下：
Shenlong Zhao, Chunhui Tan, Chun-Ting He, Pengfei An, Feng Xie, Shuai Jiang, Yanfei Zhu, Kuang-Hsu Wu, Binwei Zhang？, Haijing Li, Jing Zhang, Yuan Chen, Shaoqin Liu*, Juncai Dong*？ and Zhiyong Tang*. Nature Energy, 2020, DOI: 10.1038/s41560-020-00709-1.
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-020-00709-1
圖1 利用原位X射線吸收譜監(jiān)測Ni0.5Co0.5-MOF-74在電解水析氧反應(yīng)過程中局域結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化過程
圖2 改變MOF中雙金屬比例可調(diào)控中間物種動力學(xué)重構(gòu)過程的同步或耦合程度，從而實現(xiàn)對活性中心電子結(jié)構(gòu)和OER活性的優(yōu)化
附件下載：
