Supramolecular Metal‐Organic Framework Electrocatalysts With Hydration‐Adaptive Gallery Expansion and Linker‐Mediated Distal Ni‐Co Cooperation Enable Framework‐Retentive Oxygen Evolution

过电位 析氧 衍射 材料科学 八面体 结晶学 纳米技术 超分子化学 化学物理 氧化物 吸收(声学) 粉末衍射 联轴节(管道) 氧气 X射线光电子能谱 吸收光谱法 金属 化学 复合氧化物
作者
Sisheed Sivaraman,Juan A. Santana,Christopher J. Pollock,Natalia C Mena-Santiago,Hansel Montalvo-Castro,Vamsi Borra,Alejandro Metta-Magaña,Satya Prakash Suman,Stavroula Kampouri,R. Devesh Kumar Misra,Sreeprasad T. Sreenivasan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77645
摘要

ABSTRACT Atomic‑level tailoring of electronic communication between spatially separated metal sites offers a route to accelerate multielectron electrocatalysis. We report Ni‐TPTC, Co‐TPTC, and heterobimetallic Ni‐Co‐TPTC supramolecular metal‐organic frameworks (SMOFs) for the oxygen evolution reaction (OER) built from a terphenyl‑tetracarboxylate (TPTC) linker. Single‐crystal X‐ray diffraction of heterobimetallic Ni–Co–TPTC reveals trans‐bis‐aqua octahedral chains assembled into a π‐stacked, hydrogen‐bonded lattice and confirms retention of the parent architecture, while powder X‐ray diffraction supports an isostructural Co analog. In 1.0 M KOH, Ni‐Co‐TPTC reaches 20 mA cm −2 at 350 mV and maintains operation at ∼60 mA cm −2 for 45 h with modest decay of the initial current. Time‑dependent ex situ diffraction shows dominant framework reflections with low‑angle shifts consistent with gallery dilation (d‑spacing ∼7.7 → ∼9.2 Å) during early operation, while Co K‑edge X‑ray absorption and microscopy reveal Co‑rich oxide/oxyhydroxide‑like domains at longer times that correlate with decay. X‑ray photoelectron spectroscopy, quantified by the Remote Binding‑Energy Differential, tracks composition‑dependent Ni‐Co polarization, and DFT free‑energy analysis suggests that a model Ni‐Co environment lowers the Co‑centered potential‑limiting step by ∼0.24 eV relative to the Co‑only framework. These results suggest that framework‑retentive expansion and distal Ni‐Co coupling can drive OER activity before gradual deligation and oxide formation mark longer‑time degradation.
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