浙江工业大学张旺和李睿教授、南洋理工大学周琨教授在ACS Nano发表最新综述：金属-有机骨架基纳米阵列用于电催化析氧反应

第一作者：刘伟伟

通讯作者：张旺*，李睿*，周琨*

单位：浙江工业大学，新加坡南洋理工大学

具有自支撑结构的纳米阵列比传统的粉末纳米材料更适合用作电化学能源转换系统的电极材料，并且相比粉末电极材料更易于大规模制备和储存，因此被认为是非常有前景的电极材料。近年来，基于金属-有机骨架(MOF)的纳米阵列因其具有高孔隙率、丰富的金属活性位点和可调节的结构而备受关注。本篇综述全面展示了基于MOF的纳米阵列及其在电催化析氧反应(OER)领域中的最新研究进展。重点介绍了MOF基纳米阵列作为高效OER电极的基础设计原则。回顾了原始MOF基纳米阵列的组成、结构和性能的发展，并就提高其OER性能方面进行了详细讨论。本文为未来的MOF基纳米阵列用作OER电极方面的研究提供了指导，有利于促进MOF基纳米阵列在OER领域的实际应用。

近日，来自浙江工业大学的张旺教授、李睿教授与新加坡南洋理工大学的周琨教授合作，在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Metal−Organic-Framework-Based Nanoarrays for Oxygen Evolution Electrocatalysis”的综述文章。该综述文章首先说明了MOF基纳米阵列作为OER高效电极的优势。其次，总结了MOF基纳米阵列的设计和制备，具体对MOF基纳米阵列的有机和无机部分进行分类深入了解结构设计。同时汇总了近期MOF纳米阵列和与其他纳米材料复合的纳米阵列作为高效OER电极的研究进展。

MOF基纳米阵列的设计和制备主要包括一步合成策略和模板合成策略。MOF基纳米阵列的成功制备依赖于MOF基活性材料在导电衬底上的原位生长。导电衬底表面缺陷和氧基团位点的存在可以诱导MOF的非均质成核，通过晶体的成核-生长机制在衬底上原位生长MOF基纳米阵列。另一方面，引入预模板可以有效诱导MOF基纳米阵列的生长。图2显示了制备基于MOF的纳米阵列的典型制备工艺。选择合适的合成策略，对于获得具有所需成分、结构和形态的MOF基纳米阵列用作OER电极至关重要。一步合成策略可以直接获得简单原始MOF纳米阵列，对于不易合成的MOF纳米阵列和获取MOF基复合纳米阵列可以选择模板诱导的方法。

被设计为纳米阵列结构的MOF材料一般具有低维结构的特征，并且具有清晰的无机-有机层特征。对MOF材料的有机和无机部分进行分类可以清晰表明结构特征从而为进一步的改性设计提供见解。杂原子掺杂、制造缺陷和给予外部刺激(如紫外光照、外加磁场)可以有效提高MOF的本征活性。

与其他纳米材料复合可以显著增加MOF基纳米阵列的OER性能，这是因为异质材料和MOF材料二者之间的界面进一步暴露了边缘活性位，加速了物质传输。近期大量文章研究了MOF和金属(氧)氢氧化物的异质界面作用，揭示MOF和氢氧化物之间的异质界面有效诱导了电子转移。其他的如硫化物，硒化物，磷化物和碳化物等都可以作为异质物种，从而有效提高MOF基纳米阵列的OER活性。

当前对MOF基纳米阵列电极的了解和研究仍然有限，尤其是理解MOF材料在高效电催化过程中的结构演变，包括研究较少的有机配体的性质和作用机理。原位表征技术和微观动力学理论计算结合的方法可以为揭示催化机理方面提供有效手段。MOF基纳米阵列在大电流密度的工业条件下的应用，是未来的一个重要研究方向。MOF基纳米阵列的高电催化效率仍有待提高，这对于支持工业电解水应用至关重。同时，纳米阵列结构的强机械稳定性对高电流密度和密集气泡传输是一个挑战。因此，开发具有超疏气特性和分层结构的高效电极对于促进气泡的脱附和传输至关重要。此外，鼓励MOF基纳米阵列用于工业应用设备的研究，如质子交换膜电解槽、阴离子交换膜电解槽、金属空气电池等。

”Metal−Organic-Framework-Based Nanoarrays for Oxygen Evolution Electrocatalysis”

张旺 教授简介：浙江工业大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。主要从事金属-有机框架材料的可控制备及其异质界面构筑、金属-有机骨架在电催化反应中的结构演变研究和电催化析氧反应及水分解方面研究。

李睿 教授简介：浙江工业大学环境学院校聘副教授，主要从事金属-有机骨架基材料在水污染物光催化转化和去除方面的研究。

周琨 教授简介：新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院教授。课题组依托于惠普-南洋理工大学数字制造联合实验室和新加坡3D打印中心，主要研究粉末床熔融、材料挤出成型、立体光固化、定向能量沉积等先进增材制造技术，包括功能聚合物复合材料及高性能新金属材料研发、先进结构设计和多尺度模拟仿真、增材制造零件宏微观力学性能表征及其应用等。

刘伟伟，现为浙江工业大学材料科学与工程学院在读研究生，导师为张旺教授，研究方向为金属-有机骨架在电解水析氧反应领域的应用和金属-有机骨架在电催化析氧反应中的结构演变。

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