赵慎龙课题组Adv. Funct. Mater.综述：金属有机框架基酸性电解水催化剂
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- 2025-05-06 23:03:23
质子交换膜电解水（PEMWE）被认为是最具前景的绿氢制备技术，因其高效率、高可靠性及快速响应等优点。然而，贵金属及其氧化物（如 Pt、IrO2 和 RuO2 等）虽表现出最佳性能，但稀有性和不稳定性限制了其在大规模应用中的发展。金属有机框架（MOFs）作为一种新兴的多孔纳米材料，以其独特的物理化学性质，在电催化领域受到广泛关注，成为设计高效电解水催化剂的理想平台。
本文以“Metal-Organic Framework-Based Electrocatalysts for Acidic Water Splitting”为题，在Advanced Functional Materials发表，由国家纳米科学中心的硕士研究生周圣淏和赵慎龙教授及石磊博士后合作完成。综述系统总结了MOF基催化剂在酸性电解水领域的研究进展、设计策略和未来发展方向。
首先，综述概述了酸性电解水阴极析氢与阳极析氧的反应机理，并详细介绍了合成策略及研究进展，涵盖原始MOFs、MOF复合物和MOF衍生物。归纳总结了先进原位/非原位表征手段，为探究电催化剂活性中心与反应机制提供了独特方法。
接着，综述全面总结了酸性电解水阴极氢析出反应（HER）和阳极氧气析出反应（OER）的机理，其中HER包括Volmer、Heyrovsky和Tafel三个步骤，而OER机制相对复杂，分为AEM、LOM和OPM三种，每种机制的活性和稳定性各有差异。
综述还深入探讨了MOF基酸性电解水催化剂的合成策略，从原始MOFs、MOF复合物和MOF衍生物在酸性电解水领域的应用进行了系统总结。并利用先进的原位和非原位表征技术，揭示了电催化剂活性中心与反应机制，为高性能MOF基电催化剂的设计与合成提供指导。
最后，综述系统概述了MOF基电催化剂在酸性电解水应用的典型研究和最新进展，从电催化性能、稳定性等多方面分析总结了最新研究动态。并针对实际应用中的局限性，提出了未来研究方向和挑战，包括通过调控金属离子和有机配体的配位关系，开发具有有效时空分辨率的新原位技术，利用机器学习和人工智能技术，以及提高合成过程的经济性和规模化生产。
综上所述，本文旨在为读者提供深入了解MOF基酸性电解水催化剂的研究背景、现状及未来发展趋势，为高性能MOF基电催化剂的设计与合成提供指导。
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