氧析出反應電催化劑——金屬有機骨架中的原子級CoOx物種

電化學氧析出反應（OER）在金屬-空氣電池和電解水器件中佔據核心地位，然而由於該反應的動力學緩慢性急需高效的電催化劑來促進反應的發生。傳統貴金屬氧化物，例如氧化釕（RuO2）和氧化銥（IrO2）雖具有優異的電催化OER活性，但是過高的價格，地球上過低的儲量以及在使用過程中的不穩定性嚴重限制了該類貴金屬催化劑的大範圍推廣應用。幾年來，價格相對低廉的過渡金屬鈷（Co）系材料尤其是其氧化物在該研究領域受到了極大關注。

另一方面，由於電催化過程往往發生在催化劑的表面，因此若可以降低Co系氧化物催化劑尺寸即可暴露出更多的催化活性位。在Co基金屬有機骨架（MOFs）材料中，特別以ZIF-67為代表，其中的金屬中心Co2+以原子級形式均勻地分布在材料之中。因此，利用ZIF-67的這一特性原位製備出原子級分布的氧化鈷活性中心用於催化OER，具有重要的研究意義。

湖南大學王雙印教授與西安交大沈少華教授、澳大利亞伍倫貢大學侴術雷教授共同報道了利用O2等離子體在室溫條件下對ZIF-67進行處理，製備出負載於ZIFs中的原子級分布的CoOx物種（CoOx-ZIF），作為高效電催化活性中心用於催化OER。

在等離子處理過程中，ZIF-67中金屬Co與有機配體中的N原子之間原本形成的Co-N配位鍵部分斷開，而體系中存在空位的Co在O2環境下隨即被氧化，進而原位形成了原子級分散的CoOx物種。另外，ZIFs高比表面積以及經等離子體刻蝕後更為粗糙的表面也確保了OER過程中各類物質的通暢運輸。等離子體處理之後製備的CoOx-ZIF具有優異的OER電催化活性，與原始ZIF-67相比在電流密度為10 mA cm-2時對應過電位減少了82 mV，而當CoOx-ZIF與導電炭黑混合之後該催化劑展示出了甚至優於商業化RuO2的電催化活性。

該研究也首次提出利用對MOFs的處理，從而原位獲得原子級催化劑並應用於電催化領域。相關研究成果發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201702546）上。

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