氢气一直以来被视为最为清洁的可替代能源，因其具备高能量输出和碳中和的燃烧产物。在制氢方法中，电解水被认为是一种极具潜力的选择，其具备高纯度、高产率和环境友好等优点。然而，电解水的阳极氧析出反应（OER）是一个多步质-电子耦合转移过程，其反应动力学较为缓慢，极大地降低了整体电解水效率。贵金属氧化物，如氧化铱（IrO2）和氧化钌（RuO2），一直被认为是理想的OER催化剂，但其珍贵、稀缺以及不稳定等问题严重限制了其在大规模工业应用中的使用。因此，我们迫切需要探索储量丰富、性价比高、活性高且耐久性强的过渡金属基OER电催化剂。
近年来，由于镍和铁物种之间的协同作用，Ni-Fe纳米复合材料在碱性介质中被证明具有高活性的OER催化剂。铁的掺杂可以有效地优化Ni基材料的电子构型，加速高价态镍物质的形成，从而提高OER性能。此外，人们正在积极尝试将碳纳米材料与镍铁物质集成，以提高其导电性和催化活性。这种方法不仅增加了反应动力学，还保护了金属成分在电解过程中免受侵蚀或剥离，有助于维持结构的耐久性。综上所述，对碳纳米结构与镍铁合金进行合理化设计对提高OER性能具有重要意义。
另一方面，金属有机框架（MOF）是由金属阳离子和有机连接剂自组装而成的材料。其丰富的碳含量和可调节的金属组成使其成为调节MOF衍生物电催化性能的潜在模板。由MOF衍生的金属碳复合材料具有较高的电导率和较大的比表面积，有利于在电化学领域中的应用。目前，提高OER活性的方法多种多样，例如异金属原子掺杂和形貌工程等。MOF-on-MOF异质结构的整合也被证明是一种可行的方法。在MOF-on-MOF结构中，金属中心与有机配体之间交替连接，可以防止金属纳米颗粒在后续的热解和长期电化学测试过程中发生严重团聚。同时，利用MOF-on-MOF模板进行热分解可以获得金属-碳复合材料，不仅可以引入预期的催化活性物质，而且易于获得理想的形貌。因此，这些丰富的异质结构和多组分特性可以提升材料的催化性能。综上所述，构建新型多相MOF-on-MOF异质结构电催化剂正逐渐成为研究的热点。
在本研究中，作者们使用棒状NiOF-1作为构建MOF-on-MOF异质结构的理想模板。通过平衡外延生长和刻蚀速率，作者们成功制备了具有中空形貌的MOF-on-MOF材料。具体而言，Fe(CN)63-配合物离子与NiOF-1中原位释放的Ni(II)离子发生反应，从而成功制备了中空FeNi-PBA纳米棒。经过梯度温度热解处理，作者们获得了一系列空心氮掺杂碳纳米复合材料（FeNi3-NC-T，T = 600-1000 oC）。这些合成的OER催化剂具有多种组分之间的有效协同作用，具备较大的比表面积、高电导率、丰富的活性位点以及由碳约束和相互连接的纳米结构共同增强的内在活性。在这些材料中，经过碳纳米管修饰的空心纳米结构的FeNi3-NC-700电催化剂表现出最优的电化学OER性能。在碱性介质中，它仅需要较低的过电位（262/327 mV）即可达到10/50 mA/cm2的电流密度。
近日，这一研究结果以“MOF-on-MOF-Derived Hollow FeNi3/N-Doped Carbon Nanorods for Efficient Oxygen Evolution”为题发表在《Chemical Engineering Journal》。BAT365唯一官网为第一通讯单位，我院2020级硕士研究生陈丹丹为第一作者，BAT365官网钱金杰副教授和周学梅博士为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（21601137）、浙江省自然科学基金（LQ16B010003）、温州市基础科学研究项目（H20220001）以及云南省地方本科高校基础研究联合专项重点项目（202101BA070001-042）等资助。
参考文献：
Dandan Chen, et al. MOF-on-MOF-Derived Hollow FeNi3/N-Doped Carbon Nanorods for Efficient Oxygen Evolution. Chem. Eng. J., 2023, 470, 144418.
DOI: 10.1016/j.cej.2023.144418
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144418
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