二維金屬有機框架(2D MOFs)可以作為氧還原反應(yīng)(ORR)的有效電催化劑,從而改善燃料電池技術(shù)。然而,如何進一步提高2D MOFs的電催化性能,揭示ORR的反應(yīng)機理仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)?;诖耍?strong>中國石油大學(xué)(華東)戴昉納教授,南開大學(xué)龐建東研究員(共同通訊作者)等人采用DFT方法研究了有機配體對Co原子作為金屬位點的2D MOFs電催化ORR活性的影響。本文通過改變不同的有機框架(苯、三亞苯和聯(lián)三萘)和官能團(-NH2、-OH和-SH),構(gòu)建了9個2D MOFs,并系統(tǒng)地研究和比較了它們的電催化ORR活性。結(jié)合生成能和溶解勢的計算,這些Co-MOFs均具有良好的熱力學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。此外,由于有機配體的不同,這些Co-MOFs的Co位點表現(xiàn)出不同的磁矩和d帶中心,這可以間接調(diào)節(jié)這些Co-MOFs的電催化活性。在O2初始吸附活化的情況下,穩(wěn)定的吸附構(gòu)型和Bader電荷轉(zhuǎn)移保證了O2在Co-MOFs表面的初始吸附活化。此外,Co-2O表現(xiàn)出優(yōu)異的4e–還原產(chǎn)物選擇性、HER抑制和超高電催化ORR性能以及低過電位(0.23 V),超過了大多數(shù)報道的電催化劑?;赟abatier原理,*OH中間體與Co-2O之間的適度相互作用對提高電催化ORR性能起著重要作用。Co-2O結(jié)構(gòu)電催化性能的增強可歸因于有機配體調(diào)節(jié)Co位點的高自旋態(tài),從而調(diào)節(jié)了金屬活性中心與關(guān)鍵中間體之間的相互作用。Co-O鍵中Co-3dz2和O-2pz之間的軌道相互作用對提高電催化ORR活性至關(guān)重要。綜上所述,有機配體可以有效調(diào)節(jié)Co位點的電子自旋狀態(tài),提高2D MOFs的電催化ORR性能。Synergistic Effect of Organic Ligands on Metal Site Spin States in 2D Metal-Organic Frameworks for Enhanced ORR Performance. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c04100.https://doi.org/10.1021/acscatal.3c04100.