兰州大学研究团队在金属有机框架用于海水乙醇氧化研究中取得新进展

近日，兰州大学材料与能源学院与华南理工大学化学与化工学院研究团队在海水乙醇氧化反应方向取得重要进展。相关成果以“Phosphoryl-Engineered MOFs Promote Interfacial Reconstruction for Efficient Seawater Ethanol Electrooxidation”为题，6月15日发表于国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》。该研究提出了一种磷酰基配体工程化策略，该策略可促进金属有机框架（MOFs）在碱性海水中进行乙醇氧化反应（EOR）时转化为含氧阴离子的金属氧氢氧化物，从而同时提升其活性与抗氯腐蚀性能（图1）。并为揭示MOF结构演变与其在碱性海水EOR方面的催化活性以及抗氯腐蚀性能之间提供详细的结构-性能关联。

图1. Ni-TPA和P_a-Ni-TPA的制备过程、表征（a）及其电化性能测试，机理分析（b）和结构转变研究（c）。

混合海水电解装置的产氢效率高度依赖于在碱性海水条件下兼具高活性和抗氯离子腐蚀性能的催化材料。然而，如何可控地调控催化剂结构，构建既增强抗氯腐蚀能力又提升阳极氧化反应活性的有效防护层，仍是一项严峻的挑战。

针对这一挑战，研究团队提出了一种膦酰基配体工程策略，利用MOFs中有机配体的可调性，为原位形成具有抗氯腐蚀能力的含氧阴离子层提供了通用平台。通过引入4-膦酰基苯甲酸（P_a）取代部分对苯二甲酸（TPA），合成了含磷MOF（P_a-Ni-TPA）。与常规MOF（Ni-TPA）相比，P_a-Ni-TPA原位生成的金属羟基氧化物中嵌入了PO₄³⁻。PO₄³⁻能够促进乙醇及其反应中间体在镍中心上的吸附，同时排斥Cl⁻，从而显著提升EOR活性和抗氯腐蚀性能，并为MOF预催化剂的设计提供了新思路。

该研究工作由兰州大学材料与能源学院萃英博士后丁婕婷（第一作者）和硕士研究生柳听雨（共同第一作者）等合作完成，兰州大学材料与能源学院彭勇教授、胡阳青年研究员、华南理工大学李映伟教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.8462106