Small Methods: MOF材料在电催化中的应用

由于化石燃料的过度消耗而产生的环境问题和能源危机日益严峻,为此,研究人员致力于开发绿色可持续的清洁能源技术。电化学能量转化和储存技术,包括电解水制氢和燃料电池因其独特的优势,被认为是非常有潜力的绿色可持续清洁能源技术。高效的电极催化剂对于实现这些绿色可持续能源转化和储存至关重要。其中,金属有金属有机框架(MOFs)作为新型的多孔结晶材料,具有高比表面积,多变的结构以及可修饰的孔道结构等特点,引起研究人员广泛关注,并在诸多能源转化和储存领域表现出潜在的应用前景,特别是在电催化水分解,氧气和二氧化碳还原等领域。

近日,德国波鸿鲁尔大学的W. Schuhmann教授受邀在Small methods发表综述论文:MOFs for Electrocatalysis: From Serendipity to Design Strategies。作者从合理调节MOF结构中的金属-配体的电子结构出发,系统总结了MOFs基电催化剂材料在OER, HER, ORR以及二氧化碳还原中的应用进展。作者从催化活性位点的构筑策略这个角度,分析讨论了基于自然结构的启发,电催化反应机理的理论理解,分子电催化剂理论,以及活性-组成-结构关系预测等催化剂设计指导方针下合理设计的一系列MOF基电催化剂。围绕上述几种策略,作者详细总结了MOF及MOF衍生物电催化材料的设计、构筑和及其在OER, HER, ORR和CO2RR等能源转化与储存领域的应用研究进展,为合理设计及构建电催化活性中心提供了独特的见解。

针对MOF基材料在电催化领域未来的发展,作者在以下方面提出了独特的见解和展望: 1. 深入理解电催化的催化活性位及催化反应途径,在此基础上对MOF材料结构和成分的可控性设计与合成;2.活性位周围的配体微环境的调控和利用; 3. MOF材料电催化体系中的进一步研究和拓展 (如氮气还原,甲醇氧化等等)。

这篇综述论文从电子调控的角度对MOF材料在电催化领域进行总结,并对其未来发展提出了前瞻性的观点和展望,对今后MOF基材料在电化学领域应用发展可能具有重要的指导意义。