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戴昉納/龐建東ACS Catalysis：有機配體對2D MOFs中金屬位點自旋態的協同效應以增強ORR性能

二維金屬有機框架（2D MOFs）可以作為氧還原反應（ORR）的有效電催化劑，從而改善燃料電池技術。然而，如何進一步提高2D MOFs的電催化性能，揭示ORR的反應機理仍然是一個巨大的挑戰。基于此，中國石油大學（華東）戴昉納教授，南開大學龐建東研究員（共同通訊作者）等人采用DFT方法研究了有機配體對Co原子作為金屬位點的2D MOFs電催化ORR活性的影響。

本文通過改變不同的有機框架（苯、三亞苯和聯三萘）和官能團（-NH₂、-OH和-SH），構建了9個2D MOFs，并系統地研究和比較了它們的電催化ORR活性。結合生成能和溶解勢的計算，這些Co-MOFs均具有良好的熱力學和電化學穩定性。此外，由于有機配體的不同，這些Co-MOFs的Co位點表現出不同的磁矩和d帶中心，這可以間接調節這些Co-MOFs的電催化活性。在O₂初始吸附活化的情況下，穩定的吸附構型和Bader電荷轉移保證了O₂在Co-MOFs表面的初始吸附活化。

此外，Co-2O表現出優異的4e^–還原產物選擇性、HER抑制和超高電催化ORR性能以及低過電位（0.23 V），超過了大多數報道的電催化劑。基于Sabatier原理，*OH中間體與Co-2O之間的適度相互作用對提高電催化ORR性能起著重要作用。

Co-2O結構電催化性能的增強可歸因于有機配體調節Co位點的高自旋態，從而調節了金屬活性中心與關鍵中間體之間的相互作用。Co-O鍵中Co-3d_z²和O-2p_z之間的軌道相互作用對提高電催化ORR活性至關重要。綜上所述，有機配體可以有效調節Co位點的電子自旋狀態，提高2D MOFs的電催化ORR性能。

Synergistic Effect of Organic Ligands on Metal Site Spin States in 2D Metal-Organic Frameworks for Enhanced ORR Performance. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c04100.

https://doi.org/10.1021/acscatal.3c04100.

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