氢能源作为一种环境友好、能量密度高且清洁的能量载体，具有广泛的应用前景。电解水是制氢的一种简单、清洁的方法，但其工业化应用受到水分解反应缓慢的限制，即氧气释放反应（OER）。为了改善OER反应速率，需要提供大的超电势来提供可观的电流。
近年来，研究人员对过渡金属基OER电催化剂进行了广泛的研究，其中基于NiFe的材料因其高OER活性和低成本而备受关注。NiFe层状双氢氧化物（LDH）作为一种具有独特层状结构和出色稳定性的材料，被认为是碱性环境中最有前途的OER电催化剂之一。为了提高NiFe LDH的电催化活性，可以采取两种策略：1）与碳材料复合以促进电子传输；2）调整LDH的微/纳米结构以暴露更多的活性位点。然而，这些策略都存在一定的局限性和挑战。
近年来，金属有机骨架（MOF）作为一种具有有序结构和可调节性的材料，在催化领域受到了广泛的研究。一些研究表明，MOF可以作为活性电催化剂，并且无需复杂的后处理步骤即可保留其有序结构。
本研究首次展示了使用二茂铁二羧酸作为有机配体与泡沫镍（NF）上的镍盐配位合成2D MOF纳米片。所得的NiFc-MOF/NF表现出出色的OER性能，在碱性条件下在10和100 mA cm-2下的过电势分别为195和241 mV。实验和密度泛函理论（DFT）的计算表明，NiFc-MOF中的二茂铁单元充当电子转移介质，并且独特的2D结构促进了镍活性位点与氢氧化物自由基中间体之间的接触。
图1. 在泡沫Ni上合成NiFc-MOF的示意图
图2. a）和b）NiFc-MOF/NF的SEM图像；c）NiFc-MOF的TEM图像；d）NiFc-MOF的SEM图像和EDS元素映射图像
图3. a）NF，Ni/NF，Fc/NF，NiFe LDH/NF和NiFc-MOF/NF在1 M KOH中的LSV曲线；b）从LSV曲线计算出的Tafel图；c）示出在0.95V下对于各种催化剂的Cdl图；d）NiFc-MOF/NF在10 mA·cm-2下的稳定性测试
图4. a）NiFc-MOF和NiFe LDH的计算态密度（DOS）；b）NiFc-MOF的部分状态密度（PDOS）。c）计算的NiFc-MOF和NiFe LDH的OER过程的自由能图
通过溶剂热法成功地合成了具有独特晶格结构的NiFc-MOF。NiFc-MOF在10 mA cm-2下展示出195 mV的过电势，并且OER稳定长达40小时，而没有明显的形态变化。DFT计算表明，在OER电催化过程中，富含电子的二茂铁基团促进了电子传输并降低了吸附中间体的自由能。此外，独特的2D三明治结构上还暴露出大量的活性位点。这些协同特征导致NiFc-MOF具有很高的固有OER活性。这项工作强调并加强了设计合适的MOF结构的重要性，该结构可促进高效OER催化剂的开发。
Ferrocene-Based Metal–Organic Framework Nanosheets as a Robust Oxygen Evolution Catalyst. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 1–6.
原文链接：doi.org/10.1002/anie.202101878
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