武科大网讯 近日，美高梅集团化学与化工学院青年教师高天与刘义教授团队在国际权威学术期刊《Small》（影响因子：13.3 中科院一区Top期刊）上发表题为“Terrace-Like 2D Hierarchically Porous Iron/Cobalt Metal–Organic Framework: Ambient Fast Synthesis and Efficient Oxygen Evolution Reaction Application”的学术研究论文。高天为第一作者与通讯作者，学生蔡艳为第二作者，许唤副教授和刘义教授为共同通讯作者，美高梅集团化学与化工学院、煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室为论文第一单位与第一通讯单位。
氢能的高效利用，是有效应对气候变化、环境恶化与能源危机的关键举措之一，在我国实现“双碳”战略过程中将起到重要作用。电解水制氢是绿色氢能的主要获取方法之一，电催化析氧（OER）是电解水的关键过程与决速步。传统OER电催化剂依赖Ir、Ru等贵金属，其价格高昂、储量稀缺，难以在工业上大规模应用。同时，常规OER电催化剂制备方法，往往依赖高温高压条件，如水热法、溶解热法、高温煅烧法等，其能耗高、设备要求高、制备条件苛刻，给工业生产带来较大负担。因此，亟需开发出非贵金属基OER催化剂的常温常压高效制备方法。
我院青年教师高天与刘义教授团队，基于配位化学理论，设计出一种高效、低能耗、低成本的非贵金属基OER电催化剂制备方法。在常温常压条件下，仅需1小时的简单搅拌，即可制备出Fe/Co双金属‒二维有机框架OER电催化剂（TFC-MOF），该方法同时实现了高达克量级的规模化制备，为OER电催化剂的大规模产业化应用奠定了坚实基础。
该合成体系中，铁、钴离子与均苯三甲酸上羧基发生高效配位反应，在水平方向上生长为层状结构，形成二维有机框架复合物TFC-MOF。经SEM、TEM、XRD等结构表征发现，TFC-MOF为独特的具有丰富介孔的梯田状结构。该结构特征增大了材料比表面积，丰富了电催化活性位点，降低了OER的吸附位阻，提升了传质与传电效率，进而加快OER四电子传递动力学过程。在碱性溶液中，TFC-MOF表现出优异的OER电催化性能，在电流密度为10 mA cm-2下过电位为255 mV，塔菲尔斜率为49.9 mV dec-1。文章进而详细探究了TFC-MOF的形成过程、结构特征与表面性质，探究结构与催化性质间的关系，揭示其催化机制。
总之，该工作基于有机配位反应原理，在常温常压条件下，不依赖任何昂贵仪器，快速且大量地制备出介孔层状TFC-MOF。该体系大大降低了OER电催化剂的制备成本与能耗，为非贵金属基OER电催化剂的简单、高效、环保的制备方法开辟新思路，并将有效促进OER电催化剂的规模化生产与应用。
上述工作得到了湖北省人才计划（2021）、湖北省教育厅（B2021014）、煤转化重点实验室（WKDM202110）的大力支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202207735
