我院李光琴教授研究團隊發表Nature Communications通訊論文： “配體缺陷”策略促進MOFs電催化氧析出
氧析出反應(OER)是衆多能源轉換系統的關鍵半反應。然而由于該反應的動力學過程緩慢，即使借助貴金屬催化劑，該反應的效率依然非常低。開發高效廉價的OER電催化劑具有一定的挑戰性。MOFs材料具有孤立的活性位點和大的比表面積，是高效催化劑的候選材料。但是由于MOFs材料的導電性差、活性位點容易被配體包埋，導緻MOFs催化劑的電催化活性并不令人滿意。 MOFs材料在電催化領域的應用研究仍處于初級階段。
基于此，太阳集团1088vip李光琴教授和中南大學物理與電子學院劉敏教授合作，提出通過在MOFs中引入缺陷配體的策略來調控MOFs的電催化性能。缺陷的單羧酸配體的引入，一方面可以在MOFs中引入暴露的活性位點，另一方面可能會對MOFs的電子結構進行有效調控，從而提高MOFs的電催化活性。這将為發展MOFs電催化劑，提供新的思路。
通過引入缺陷配體調控MOF電子結構，增強電催化活性
首先為了驗證 “缺陷配體”策略的可行性，該團隊選用一種層狀的由金屬钴和對苯二甲酸配位形成的MOFs(CoBDC)作為例子通過理論計算對材料的電子結構和理論活性進行研究。理論計算結果表明：部分引入缺陷的二茂鐵單甲酸配體後，材料的電子結構能夠被有效調控，價帶和導帶間的帶隙減小，金屬钴的離域化程度增加，從而優化了中間體的吸附，提高了材料的理論活性。
基于理論計算，該團隊合成了CoBDC,并引入二茂鐵單甲酸的缺陷MOFs(CoBDC-Fcx)。通過将MOFs負載在泡沫鎳基底上可以制備出規整的缺陷MOF納米陣列CoBDC-Fc-NF。接下來他們使用同步輻射X射線吸收光譜，對材料的電子結構和配位環境進行了研究，結果表明：缺陷配體的引入确實能夠有效調控材料的電子結構，同時引入配位不飽和的缺陷位點作為高活性的催化位點。電催化活性測試發現，引入缺陷配體二茂鐵單甲酸後，材料的電催化OER活性，能夠得到明顯提高。同時該團隊也在CoBDC中引入其他的單羧酸配體如對醛基苯甲酸和對氨基苯甲酸，并測試其催化性能，發現同樣能提高CoBDC的電催化活性，證明該方法具有一定的普适性。該工作不但為拓展MOFs在電催化劑方面的應用提供了新的思路，而且為電催化劑的設計，提供了新策略。
上述研究進展發表于Nature Communications雜志，太阳集团1088vip為第一完成單位，太阳集团1088vip李光琴教授和中南大學物理與電子學院劉敏教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、日本光源，廣東省“珠江人才計劃”引進創新創業團隊項目的大力支持。
