Nano Letters 报道华东理工大学ZIF-67催化剂OER反应演化机制新进展

摘要：近日，华东理工大学化学与分子工程学院戴升教授课题组在金属有机框架材料（MOFs）电催化领域取得了重要进展，深入研究了ZIF-67催化剂在电化学析氧反应（OER）过程中的降解机制与相平衡调控。相关研究成果以“Phase Equilibrium Regulatio

导读

近日，华东理工大学化学与分子工程学院戴升教授课题组在金属有机框架材料（MOFs）电催化领域取得了重要进展，深入研究了ZIF-67催化剂在电化学析氧反应（OER）过程中的降解机制与相平衡调控。相关研究成果以“Phase Equilibrium Regulation in ZIF-67-Derived Electrocatalysts: Degradation Mechanism and Stability Enhancement for Oxygen Evolution Reaction”为题发表于Nano Letters。（Nano Lett. 2025, 25, 29, 11484–11491）

MOFs因其结构可调性和高比表面积等特点，被认为是电催化OER的理想材料。已有研究表明，MOFs的催化活性主要来源于其固有金属节点，先前的研究揭示了其在OER工作条件下会发生显著的结构重构。以Co基MOF为例，原位拉曼光谱证实，初始的Co2+物种会经历电化学氧化过程，先转化为Co3+形成活性相CoOOH，进而生成被认为是真正OER活性位点的高价Co4+物种。尽管MOFs的活性组分已被初步确认，但其理性设计仍面临动态转化路径不明确、活性物种作用机制模糊等挑战，有待阐明各转化物种对催化活性和稳定性的具体贡献。该研究以ZIF-67为模型体系，通过原子级分辨的透射电镜技术对单颗粒进行追踪，揭示了其OER反应进程中的动态演化机制，并提出相平衡调控是提升MOFs催化剂稳定性的关键策略。研究发现，ZIF-67在OER过程中存在中间相Co(OH)2、活性相CoOOH和惰性相CoO的三相动态平衡。通过抑制Co(OH)2向CoO的不可逆转化，可有效维持活性物种CoOOH。基于这一机制，研究通过优化低温反应条件成功实现了对三相平衡的精准调控，使ZIF-67催化剂的OER稳定性得到显著提升。

该研究工作以华东理工大学为第一通讯单位，化学与分子工程学院博士研究生韩承为第一作者，化学与分子工程学院戴升教授和中国科学院宁波材料技术与工程研究所陆之毅研究员为共同通讯作者。相关研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目资助，并得到了华东理工大学材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心和费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的支持。