IF 20.3！本征金属有机框架作为分解水的电催化剂

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金属有机框架 （MOF） 作为特殊的电催化剂，为析氧反应 （OER） 和析氢反应 （HER） 带来了一个新时代。各种类型的 MOF 类似物、MOF 复合材料和 MOF 衍生物被广泛研究用于加速反应动力学，从而提高法拉第效率。在这篇综述文章中，我们对近四年 （2021-2024） 的本征 MOF 报告进行了简短的回顾，特别是那些通过低于 200 °C 的热处理合成的 MOF 以保持其本征晶体结构。为了在内禀 MOF 结构与电化学对分解水的贡献之间提供全面的相关性，排除了 MOF、添加剂、粘合剂、混合物和复合材料可能的结构崩溃。然后根据配体的分子结构将几种类型的内在MOFs分为三组：（1）同环配体;（2） 杂环配体;（3） 混合配体。同环配体包括 （i） 苯-1,4-二羧酸 （BDC），（ii） 官能化 BDC，（iii） 大环 BDC 和 （iv） 苯-1,3,5-三羧酸 （BTC）。杂环配体包括 （i） 咪唑基和 （ii） 三唑基类似物。混合配体包括同环和杂环配体之间的不同组合。在这些内禀 MOF 中，强调了通过应用大环 MOFs、混合金属 MOF 和异质 MOF-on-MOF 组装而产生的协同效应和未来前景。

创新点

1. 通过低于200°C的热处理合成方法，成功保留了本征MOF的晶体结构，为制备高效电催化剂提供了新途径。

2. 根据配体分子结构将本征MOF分为同环、杂环和混合配体三类，系统化了MOF的设计与分类。

3. 发现了大环MOFs、混合金属MOF及异质MOF-on-MOF组装在电催化中的协同效应，提升了反应动力学。

4. 排除了添加剂和复合材料可能导致的结构崩溃，突出了本征MOF在分解水中的独特贡献。

对科研工作的启发

1. 低温合成技术的应用启发科研人员探索更多温和条件下的材料制备方法，以保持结构完整性。

2. 配体分类的思路提示可以在其他功能材料设计中引入类似的结构-性能相关性分析。

3. 协同效应的研究鼓励在多组分MOF体系中寻找性能优化的新策略。

4. 去除添加剂的纯本征MOF研究为揭示材料内在性能提供了更清晰的实验模型。

思路延伸

1. 可以进一步探索不同金属节点与配体组合对MOF电催化性能的影响。

2. 将低温合成技术扩展到其他催化领域，如CO2还原或氮气固定。

3. 研究MOF的孔隙结构与电解质相互作用，优化分解水的传质过程。

4. 开发基于本征MOF的自支撑电极，减少粘合剂对性能的干扰。

5. 通过理论计算与实验结合，预测新型配体在MOF电催化中的潜力。

生物医学领域的应用

1. 本征MOF的高表面积和稳定性可用于设计高效的药物递送载体。

2. 利用MOF的电催化特性开发生物传感器，检测生物体内的氧化还原反应。

3. 通过调控配体结构，制备具有抗菌性能的MOF材料用于伤口愈合。

4. 将MOF应用于酶模拟催化剂，模拟生物体内分解水的代谢过程。

5. 基于MOF的协同效应开发光电催化系统，用于癌症光动力治疗。

6. 利用MOF的孔隙结构封装生物分子，作为组织工程中的支架材料。

Intrinsic metal organic frameworks as electro-catalysts for water splitting

Coord. Chem. Rev.（IF 20.3）

Pub Date  : 2025-03-15

DOI : 10.1016/j.ccr.2025.216577

Bo-Yu Han , Yu-Chien Lee , Shih-Syun Chu , Chih-Jung Cheng , Ryan Yeh-Yung Lin , Chun-Ting Li

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