Molecular Engineering of Metal–Organic Frameworks as Efficient Electrochemical Catalysts for Water Oxidation

金属有机骨架 材料科学 过电位 电催化剂 催化作用 析氧 电化学 配体(生物化学) 化学工程 纳米技术 无机化学 物理化学 有机化学 化学 冶金 电极 生物化学 受体 吸附 工程类
作者
Yizhe Liu,Xintong Li,Shoufeng Zhang,Zilong Wang,Qi Wang,Yonghe He,Wei‐Hsiang Huang,Qidi Sun,Xiaoyan Zhong,Jue Hu,Xuyun Guo,Qing Lin,Zhuo Li,Ye Zhu,Chu‐Chen Chueh,Chi‐Liang Chen,Zhengtao Xu,Zonglong Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (22) 被引量:74
标识
DOI:10.1002/adma.202300945
摘要

Metal-organic framework (MOF) solids with their variable functionalities are relevant for energy conversion technologies. However, the development of electroactive and stable MOFs for electrocatalysis still faces challenges. Here, a molecularly engineered MOF system featuring a 2D coordination network based on mercaptan-metal links (e.g., nickel, as for Ni(DMBD)-MOF) is designed. The crystal structure is solved from microcrystals by a continuous-rotation electron diffraction (cRED) technique. Computational results indicate a metallic electronic structure of Ni(DMBD)-MOF due to the Ni-S coordination, highlighting the effective design of the thiol ligand for enhancing electroconductivity. Additionally, both experimental and theoretical studies indicate that (DMBD)-MOF offers advantages in the electrocatalytic oxygen evolution reaction (OER) over non-thiol (e.g., 1,4-benzene dicarboxylic acid) analog (BDC)-MOF, because it poses fewer energy barriers during the rate-limiting *O intermediate formation step. Iron-substituted NiFe(DMBD)-MOF achieves a current density of 100 mA cm-2 at a small overpotential of 280 mV, indicating a new MOF platform for efficient OER catalysis.
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