随着晶化金属有机框架（cMOFs）材料研究的迅猛发展，研究者开始关注非晶化MOFs（aMOFs）的制备及性能。与cMOFs相比，aMOFs不具备周期性，但保留了MOFs的基本结构单元，同时产生了丰富的结构缺陷，因而表现出优异的气体富集能力、增强的导电性、更高的荧光效率等。目前制备aMOFs通常需要较为苛刻的条件，例如使用高温热处理、高能球磨、高压处理及电子束诱导等手段。此外，已报道的aMOFs材料结构、组成较为单一，其应用主要集中在吸附、分离及药物传递等领域。因此，研究 aMOFs的制备科学，合成复杂结构及组成的aMOFs基材料并拓展其功能，具有重要的理论和应用意义。

近日，华东师范大学余承忠教授、万晶晶教授和同济大学韦广丰博士发展出一种简便的配体竞争非晶化策略，成功地制备了一种兼具复杂结构与组成的aMOFs复合材料（aMOFs-NC），并将其应用于电催化产氧反应（OER）。研究者以晶态MIL-88B纳米棒为前驱体，通过引入另一种有机配体（2-甲基咪唑）与原有配体（2-氨基对苯二甲酸）竞争，在室温下即可诱发MIL-88B的非晶化。通过进一步加入Co²⁺，实现Co掺杂及表面Co(OH)₂纳米片生长，进而制备得到具有核壳纳米棒@纳米片等级结构的aMOFs-NC。该材料的核（富铁MOF）、壳（富钴MOF）、片（氢氧化钴）各单元组分不同，且均为无定形结构。

通过对非晶化过程的深入探究并结合DFT理论计算，研究团队揭示了配体竞争导致非晶化过程的机制。计算结果表明，cMIL-88B的直接水解反应在室温下不容易发生，因而通常需要较为严苛的条件才能破坏MOFs骨架中金属离子和配体的键合作用，进而被诸如-OH等取代。当引入2-甲基咪唑时，配体竞争形成的中间态自由能降低，在温和条件下即可实现MIL-88B的非晶化。该策略为制备aMOFs材料提供了一种新的思路。

得益于其特殊的结构及组成，aMOFs-NC在OER中具有独特的优势：首先，表面Co(OH)₂纳米片等级结构不仅可以促进电解液及O₂的扩散，还可以提高电子传递速率；其次，aMOFs骨架内丰富的缺陷和Fe-Co金属中心可以提供更多的活性位点；再者，残留的有机配体可以促进含氧官能团向Fe-Co的电子传递，增加金属中心的电子密度，提高其催化活性。电化学测试结果表明：aMOFs-NC具有优异的OER活性（电流密度为10.0 mA cm^-2时，过电位为249 mV，tafel斜率为39.5 mV/dec）及稳定性（循环24 h之后，电流衰减仅为2.3%），展示了aMOFs复合材料在电催化中的应用潜力。

相关工作发表于Angew. Chem. Int. Ed.。文章的第一作者为华东师范大学博士后刘超和王晶。

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Amorphous Metal-Organic Framework-Dominated Nanocomposites with Both Compositional and Structural Heterogeneity for Oxygen Evolution

Chao Liu, Jing Wang, Jingjing Wan, Yan Cheng, Rong Huang, Chaoqi Zhang, Wenli Hu, Guangfeng Wei, Chengzhong Yu

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201914587

导师介绍

万晶晶

https://www.x-mol.com/university/faculty/66046

韦广丰

https://www.x-mol.com/university/faculty/60191

（本稿件来自Wiley）