電化學水分解技術是一種很有前景的、可持續制備氫氣的技術，可用來解決不可再生的化石能源帶來的能源危機。然而，這種技術的工業發展受到動力學緩慢的析氧反應(OER)的限制，這個半反應極大地降低了水分解的效率，因此需要高活性的電催化劑來實現更高效的OER。在堿性條件下，具有八面體MO₆單元的3d過渡金屬基材料被認為是有希望取代傳統貴金屬催化劑的電催化劑，然而開發在大電流密度下具有低過電位和長期穩定性的廉價電催化劑仍然是電解水領域的一大挑戰。

在此基礎上，浙江工業大學張旺等人提出了一種簡單合成MOF基納米片陣列(γ-FeOOH/Ni-MOFNA)催化劑的方法，該方法還使得Ni-MOF和γ-FeOOH納米片之間具有豐富的異質界面，有助于催化劑表現出優異的OER性能。

為了評估MOF基納米片陣列(包括不同反應時間合成的γ-FeOOH/Ni-MOFNA)的電催化性能，本文在1 M KOH電解質中，采用典型的三電極體系對催化劑進行了OER性能測試，其中制備的催化劑直接作為工作電極。線性掃描伏安(LSV)曲線顯示γ-FeOOH/Ni-MOFNA-2h催化劑(2h是γ-FeOOH納米片生長的反應時間)在電流密度為10 mA cm^-2時的過電位最低，僅為193 mV。

此外，γ-FeOOH/Ni-MOFNA-2h在電流密度為100 mA cm^-2和300 mA cm^-2時的過電位也最低，分別為222和273 mV。因此，與先前報道的大多數高性能OER電催化劑相比，γ-FeOOH/Ni-MOFNA-2h顯示出更好的OER活性。

為了對比，本文還利用沒有進行IR校正的反向極化曲線和這些性能依賴于反應時間的催化劑的Tafel斜率，測試了催化劑在300 mV的過電位下的實際電流密度，其中γ-FeOOH/Ni-MOFNA-2h具有最高電流密度(123 mA cm^-2)和最低的Tafel斜率(36 mV dec^-1)，這再次表明γ-FeOOH/Ni-MOFNA-2h具有優異的OER性能。

為了揭示不同位置的界面位點的OER催化機制，本文進行了基于自旋極化的密度泛函理論(DFT)計算。由計算得到的吉布斯自由能圖可知，γ-FeOOH/Ni-MOFNA中的Ni和Fe位點對^*OH的吸附比Ni-MOFNA中的Ni位點更有利，Ni-MOFNA的Ni位點上的OER過程受到^*OH到^*O的限制(0.92 eV)，導致OER活性相對較差。

更重要的是，界面的Ni位點使得催化劑的OER速率決定步驟(該步驟為^*O形成^*OOH)的過電位較低，僅為0.31 eV；另一方面，界面Fe位點的速率決定步驟也是從^*O到^*OOH，理論過電位同樣為0.31 eV，這也說明，高活性的Fe位點位于γ-FeOOH側，這與之前的研究一致。之后，在三種不同的模型(p-Ni，i-Ni(MOF)和i-Ni(LDH))中，Ni位點的電催化活性的比較結果還表明高活性的Ni位點位于異質界面的MOF側。

因此，DFT計算表明，γ-FeOOH/Ni-MOFNA優異的OER活性來源于界面雙金屬位點。目前的工作對MOFs在制備具有高活性界面位點的異質結構電催化劑中的關鍵作用提供了見解。

Linker Defects in Metal-Organic Frameworks for the Construction of Interfacial Dual Metal Sites with High Oxygen Evolution Activity, Advanced Functional Materials, 2023, DOI: 10.1002/adfm.202301075.

https://doi.org/10.1002/adfm.202301075.