氢气是全社会迈向“碳达峰”/ “碳中和”的清洁能源载体。电解水制氢是一种高效且环境友好的能源转换及存储技术。作为驱动电解水的关键半反应，析氧反应（OER）是一个涉及四个质子和四个电子转移的缓慢过程。 因此，开发低成本且高效的OER电催化剂对于提高水分解效率具有重要的科学和实际意义。 金属有机框架（MOFs）及其衍生物凭借可调节的孔隙率、高比表面积、明确的金属位点及组分多样性，很适合用作OER电催化剂。

然而，MOFs的低电导率和低质量渗透率严重限制了它们的电化学活性。以MOFs为前驱体制备多孔材随人在一定程度上改善了电导率，但该策略容易掩埋金属中心。二茂铁（Fc）凭借优异的氧化还原性及化学稳定性,被认为是一种良好的电子传输媒介。近日，香港大学浙江科学技术研究院谢俊铭教授，郭正晓教授与大连理工大学刘进轩教授合作，将Fc基团引入MOF结构中，采用简单的水热合成法在泡沫镍基底上成功制备了自支撑式NiFc-MOF 纳米片（NiFc-MOF/NF）并实现高效OER催化。

（图 1：OER纳米催化剂制备过程；及纳米结构显微形貌）

电化学测试表明，在1 M KOH中，NiFc-MOF/NF分别在10和100 mA cm^-2电流密度下，过电位仅为195和241 mV。此外，在10 mA cm^-2电流密度下电解长达40 h后，NiFc-MOF的形貌仍然保持的很好。根据导电AFM、原位电化学拉曼以及DFT理论计算数据表明，NiFc-MOF/NF高OER催化性能可归因于：（1）Fc基团的引入改善了MOF材料的导电性（2）在OER催化过程中，Ni为催化活性中心，二茂铁基团充当电子“摆渡者”加速了电子转移并降低了吸附中间体的自由能；（3）独特的2D MOF结构有助于暴露更多的镍活性位点并且多孔结构可实现快速的电解质传输。

（图 2：新催化剂有效降低过渡态电子传输“壁垒”，降低OER过电势， 来提高效率）

据我们所知，这是首次成功证明将二茂铁基团引入MOF结构可改善材料电导率并提升OER催化活性的例子。这项工作为设计合理MOF结构以促进高效OER提供了新策略。

这一成果近期发表在业界主要期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上 （链接见后），第一作者是大连理工大学硕士研究生梁竞和香港大学博士研究生高旭涛。

谢俊铭博士简介： 香港大学助理教授。2016年于伊利诺伊大学香槟分校取得博士学位。2016年至2018年期间于加州理工学院从事博士后工作。2018年9月起就职于香港大学化学系，随后加入了香港大学浙江科学技术研究院。研究领域包括生物无机电催化，脂质材料的制备与性能研究以及电催化反应过程模拟计算等。在相关领域发表包括20余篇，包括以第一作者或通讯作者发表的Nat. Mater.，Angew. Chem.，JACS，ACS Cent. Sci.，ACS Catal.，Chem. Mater. 等。

郭正晓教授简介：香港大学客教授。1988年于曼彻斯特大学取得博士学位。1988-95年先后在斯特拉思克莱德大学（The University of Strathclyde）和牛津大学担任Research Fellow。 1995-2007年在英国伦敦玛丽皇后学院（Queen Mary, University of London）相继担任讲师、教授等职位。2007年被聘为伦敦大学学院化学系教授，2008-2018年为伦敦大学学院华区事物副校长/特使，并于2000年荣获贝尔比奖章，是该奖章设立近百年首位华人获奖者。2018年，被聘为香港大学“理-工”双学院联合教授，香港大学理学院副院长，香港大学浙江科学技术研究院执行院长，并荣获伦敦大学学院荣誉教授，英国皇家化学学会会士，并于2020年评选为欧洲科学院（Academia Europaea）院士。研究领域包括纳米结构和催化剂的合成，结构和过程的多尺度模拟，流体吸附，净化和储存，热/光/电化学催化，能量转换和存储-燃料电池，电池和超级电容器以及化学/电化学/光学传感和智能传感器等方向。在相关领域发表包括300余篇，相关论文发表在Nat. Energy，Nat. Comm., JACS，Angew. Chem., Advanced Materials，Energy & Env. Sci.，ACS Nano等。

链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202101878