IF 18.5！调控非对称MO5S1型金属有机框架催化剂的配位场以加速氧析出反应

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非对称配位已成为提高氧析出反应（OER）活性的一种有前景的方法，但实现非对称结构的可控合成以全面理解结构-活性关系仍然具有挑战性。本研究报道了一种简便有效的对称性破缺策略，用于调控非对称MO5S1型金属有机框架（MOFs）催化剂，建立了硫（S）介导的电子重排与OER中氧相关中间体吸附/脱附动力学之间的关联。实验和理论计算揭示，精心设计的非对称结构可以有效降低d带中心，优化OH*的吸附行为，显著降低决速步骤（OH* O*）的反应能垒，增强O-H键断裂过程。S-NiFe-MOF/CFP催化剂在碱性电解质环境中表现出卓越的OER性能。更重要的是，自组装阴离子交换膜水电解池在电流密度为1 A cm−2时展示了1.84 V的低电压，并保持了超过100小时的长期稳定性。这项研究揭示了一种利用S的精确非对称合成策略，强调了通过非对称配位操纵电子重分布以促进催化活性和开发先进MOF基催化剂的关键作用。

创新点：

1. 开发了一种新的对称性破缺策略，用于合成非对称MO5S1型MOF催化剂。

2. 揭示了S介导的电子重排与OER中间体动力学之间的关系。

3. 通过降低d带中心和优化OH*吸附，显著提高了OER性能。

4. 在自组装阴离子交换膜水电解池中实现了低电压和长期稳定性。

5. 强调了非对称配位在操纵电子重分布和提高催化活性中的关键作用。

对科研工作的启发：

1. 结构设计：通过精确调控材料结构来优化其性能。

2. 多尺度研究：结合实验和理论计算，从原子到器件层面理解材料性能。

3. 机制探索：深入研究电子结构与催化性能之间的关系。

4. 实际应用导向：将基础研究成果应用于实际设备（如水电解池）。

5. 跨学科方法：结合材料科学、电化学和理论计算等多个领域的知识。

思路延伸：

1. 探索其他非对称配位结构在不同电催化反应中的应用，如氢析出反应或CO2还原。

2. 研究不同金属中心和配体组合对MOF催化性能的影响。

3. 开发原位表征技术，实时监测催化过程中的结构变化和中间体形成。

4. 探索将这种非对称MOF催化剂用于其他能源转换和存储系统，如金属空气电池。

5. 研究非对称结构对MOF的其他性质（如气体吸附、离子传导）的影响。

6. 开发基于这种策略的大规模MOF催化剂制备方法。

7. 探索将非对称MOF与其他纳米材料（如碳纳米管、石墨烯）复合，进一步提高性能。

8. 研究非对称MOF在光电催化、传感器等其他应用领域的潜力。

9. 开发智能响应型非对称MOF，可根据环境变化调整催化活性。

10. 探索利用人工智能和机器学习方法预测和优化非对称MOF结构。

Tailoring Coordination Fields of Asymmetric MO5S1‐Type Metal–Organic Frameworks Catalysts for Accelerated Oxygen Evolution Reaction

Tengjia Ni, Xianbiao Hou, Jian Zhou, Canhui Zhang, Shuixing Dai, Lei Chu, Huanlei Wang, Heqing Jiang, Minghua Huang

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