金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)具有可定制配位化学环境,有利于调节催化性能和揭示真正的机制。基于此,加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士(通讯作者)等人报道了利用异硫脲作为连接剂空位(VL)的补偿剂,开发了一种交联剂补偿策略,通过策略来改变Co-Fe沸石咪唑盐骨架(S-CFZ)上的中间吸附自由能。
当将S-CFZ用于可再充电Zn-空气电池(zinc-air batteries, ZABs)时,其具有优异的性能。其中,在电流密度为35 mA cm-2下具有0.88 V的小放电-充电电压间隙,每小时衰减率小于0.01%,并且可以稳定持续500 h以上。通过密度泛函理论(DFT)模拟和实验证据表明,由S-桥连异构连接体构成的不饱和金属节点进行补偿,使得CFZ性能大幅提升。
此外,作者还揭示了其对结构特征和电化学行为的影响,证实了电荷从Co节点到S基团(吸电子)的转移以及Co d轨道能级的下降。因此,具有正价位的金属节点对含氧中间体具有较弱的结合能,具有平衡的吸附/解吸自由能(ΔGOH*)曲线,并在双功能氧电催化中建立了稳定的配位环境,从而显着提高双功能电催化性能。
该研究结果不仅开辟了一种新的策略来调整MOFs在原子位点的电子结构以提高性能,而且还启发了对ZABs和多相电化学系统类似物的电催化剂的精确调控。
Linker-Compensated Metal Organic Framework with Electron Delocalized Metal Sites for Bifunctional Oxygen Electrocatalysis. J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.1c10295.
https://doi.org/10.1021/jacs.1c10295.