近期，我院梁曉強(qiáng)博士課題組在金屬有機(jī)骨架型質(zhì)子導(dǎo)體和電催化水分解方面取得重要進(jìn)展，發(fā)表研究論文“High proton conductivity modulated by active protons in 1D ultra-stable metal–organic coordination polymers: a new insight into the coordination interaction/ability of metal ions (Inorg. Chem. Front., 2023, 10, 1238?1254)”和“Structural transformation of metal–organic frameworks and identification of electrocatalytically active species during the oxygen evolution reaction under neutral conditions (Inorg. Chem. Front., 2023, 10, 2961?2977)”。西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院為這兩篇論文的第一單位。Inorganic Chemistry Frontiers（Inorg. Chem. Front.，《無機(jī)化學(xué)前沿》）由中國(guó)化學(xué)會(huì)，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院和英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)聯(lián)合創(chuàng)辦，2022年影響因子（IF）7.0，期刊引文指標(biāo)（JCI）1.96，JCR分區(qū)一區(qū)，中科院期刊分區(qū)一區(qū)。
論文一：High proton conductivity modulated by active protons in 1D ultra-stable metal–organic coordination polymers: a new insight into the coordination interaction/ability of metal ions
高質(zhì)子傳導(dǎo)性能的金屬?有機(jī)配位聚合物因其在質(zhì)子交換膜燃料電池和電化學(xué)傳感器方面巨大的潛在應(yīng)用吸引了研究人員的關(guān)注。目前，質(zhì)子電導(dǎo)率的精確控制主要通過合理設(shè)計(jì)有機(jī)配體和有效的孔結(jié)構(gòu)修飾實(shí)現(xiàn)的。相比之下，由于缺乏可用于比較和分析的同構(gòu)化合物，很少關(guān)注金屬?有機(jī)配位聚合物的金屬離子對(duì)其質(zhì)子電導(dǎo)率的影響。因此，本研究設(shè)計(jì)合成了三個(gè)同構(gòu)的金屬?有機(jī)配位聚合物，并把它們作為模型研究了金屬離子的配位相互作用/能力對(duì)材料質(zhì)子電導(dǎo)率和水穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，這三個(gè)金屬?有機(jī)配位聚合物在323K和~97% RH下顯示出高達(dá)10?3S cm?1的質(zhì)子電導(dǎo)率，以及對(duì)溫度、水、酸和堿表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性（pH范圍0–12）。密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，溶劑化模型中羧基的O?H鍵的結(jié)合能是精確調(diào)節(jié)~97% RH質(zhì)子電導(dǎo)率的主要因素。此外，材料不同尋常的穩(wěn)定性，特別是水穩(wěn)定性，很有可能與配位相互作用有關(guān)，它導(dǎo)致生成的配位化合物的系統(tǒng)能量顯著降低。本研究結(jié)果為設(shè)計(jì)和合成具有高質(zhì)子傳導(dǎo)性和良好穩(wěn)定性的MOCPs提供了獨(dú)特的新視角。
論文二：Structural transformation of metal–organic frameworks and identification of electrocatalytically active species during the oxygen evolution reaction under neutral conditions
電催化析氧反應(yīng)（OER）在各種可再生能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)技術(shù)中均發(fā)揮著重要的作用。與廣泛研究的酸性和堿性O(shè)ER相比，中性或近中性條件下進(jìn)行的OER具有環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的優(yōu)點(diǎn)。然而，目前已報(bào)道的大部分催化劑都屬于非結(jié)晶形式，這使得確定中性O(shè)ER過程中電催化活性物質(zhì)的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)或其本質(zhì)變得非常困難。而晶態(tài)的金屬-有機(jī)骨架材料由于具有明確的結(jié)構(gòu)，為電催化活性物質(zhì)的確定提供一種新的視野。因此，本研究中制備了兩個(gè)同構(gòu)的二維金屬?有機(jī)骨架材料Co–Ci-2D和Ni–Ci-2D并研究了它們?cè)谥行匀芤褐校?.1 M PBS溶液）的OER性能。結(jié)果表明，Co–Ci-2D顯示出較好的OER性能和優(yōu)于商業(yè)化IrO2的穩(wěn)定性。借助于金屬?有機(jī)骨架材料晶體到晶體轉(zhuǎn)變的方法，利用單晶X-射線衍射（SC-XRD），粉末X-射線衍射（PXRD）、熱重分析（TGA）、紅外光譜（IR）、X-射線光電子能譜（XPS）和X-射線吸收光譜（XAS）等表征手段，成功確定了金屬?有機(jī)骨架材料Co–Ci-2D和Ni–Ci-2D在中性O(shè)ER過程中的關(guān)鍵活性物質(zhì)。本研究工作不但為研究中性條件下電催化劑的活性物種提供了新見解，而且為設(shè)計(jì)和制備用于OER的金屬?有機(jī)骨架型電催化劑帶來了令人振奮的新機(jī)會(huì)。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21401147、21403048、21771047），陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2019JM-397），國(guó)家留學(xué)基金委員會(huì)西部人才專項(xiàng)（201808615077）和陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202210709091）的資助。
（供稿：梁曉強(qiáng)；審核：武占省）
