Controlled Reconstruction of MOF via Enhanced C─O Bonding for Oxygen Evolution

过电位 析氧 材料科学 密度泛函理论 催化作用 电化学 配体(生物化学) 纳米技术 分解水 工作(物理) 结构稳定性 电催化剂 化学工程 金属有机骨架 氧气 化学物理 分子动力学
作者
Yinghang Song,Yuqi Li,Qianglong Qi,Chengxu Zhang,Jue Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75224
摘要

ABSTRACT Metal‐organic Frameworks (MOFs) employed for oxygen evolution reaction (OER) are plagued by structural instability driven by inherent electrochemical reconstruction. Herein, we develop for the first time a ligand engineering strategy to stabilize MOF frameworks during electrocatalytic reconstruction. Notably, experimental results reveal that the ─NO 2 group dualistically enhances catalytic performance and framework stability, which activates Fe active sites to enable efficient OER catalysis with an ultralow overpotential of 227 mV at 10 mA cm −2 , and simultaneously stabilizes the MIL‐53 framework during OER, endowing the catalyst with exceptional electrochemical stability even when operated at an ultrahigh current density of 5000 mA cm −2 . Mechanistically, density functional theory (DFT) calculations elucidate that ─NO 2 group introduction enhances C 2p and O 2p orbital overlap and reinforces bond strength, conferring robust structural stability to the MOF skeleton throughout the OER process. This work demonstrates that ligand engineered C─O bond enhancement enables controlled structural reconstruction, providing a versatile paradigm for designing MOF‐based OER electrocatalysts with both outstanding activity and stability.
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