李映伟/陈立宇AM：玩转MOF！MOF基材料的孔隙和表面工程用于增强催化ORR反应

氧还原反应(ORR)是在燃料电池、金属-空气电池等能量转换和存储装置的阴极上的关键反应，但是ORR的缓慢反应速率严重限制了这些器件的整体效率。

碳负载过渡金属催化剂由于其低成本、良好的导电性和多孔纳米结构，在ORR方面具有优异的应用前景，其催化性能不仅受内在活性的影响，还受活性中心可及性的影响。由于ORR发生在电极/电解质界面，活性中心的可及性取决于多孔结构和表面润湿性(即疏水性或亲水性)。

因此，设计具有分层多孔结构和良好的电解质渗透性的负载型金属催化剂，可以增强反应物的转移和吸附，从而获得活性位点，显著提高催化活性。

基于此，华南理工大学李映伟和陈立宇等报道了MOF基材料的孔隙和表面工程，通过在有序的大孔骨架中构建空心壁和表面修饰富氧官能团，大大提高了催化剂活性位点的可及性和亲水性。

具体而言，研究人员通过蚀刻功能化方法，首先制备了具有新型空心壁和三维有序大孔(H-3DOM)结构和单宁酸(TA)功能化表面的MOF(ZnCo-ZIF)；这种独特结构的成功构建依赖于TA合适的酸度能够选择性地蚀刻大孔壁内部，以及在大孔壁上形成富氧TA金属网络涂层。最后通过热解法将ZnCo-ZIF转化为具有H-3DOM结构和亲水表面O、N共掺杂碳材料负载的Co纳米颗粒(H-3DOM-Co/ONC)。

实验结果表明，H-3DOM结构可以增加催化剂外表面积，最大限度地暴露活性位点；亲水含氧官能团的修饰可以增强催化剂表面与水电解质的亲和力，增加了外部活性位点的电化学可及性，从而提高其对ORR的催化活性。

因此，所获得的H-3DOM-Co/ONC催化剂具有较高的ORR活性，半波电位(E_1/2)为0.841 V，并且对电催化ORR具有优异的稳定性，优于商业Pt/C催化剂。该项工作为未来设计具有高活性位点的分层有序宏观介孔MOF基材料提供了范例，并显示出分层有序宏观介孔MOF基材料在各种催化应用中的广阔前景。

Hierarchically Ordered Macro-mesoporous Electrocatalyst with Hydrophilic Surface for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202301894