JMCA综述: 二维MOFs纳米片在电催化领域的应用及展望

来源：材料科学前沿

近年来，二维金属有机框架材料（metal–organic framework, MOFs）纳米片因其独特的优势得到了电催化领域的广泛关注和研究。1）与块状 MOFs 相比， MOFs 纳米片将更高比例的金属原子暴露在表面作为催化的活性位点。尤为重要的是，这些暴露在表面的配位不饱和金属原子具有很高的催化活性。2）通过选择合适的有机配体， MOFs纳米片中金属原子的电子结构可以得到有效地调控。对于电催化而言，催化剂的电子结构决定了催化反应的中间产物与催化剂表面的结合强度，而这个结合强度又决定了催化反应最终的活性和产物选择性。3）与块状 MOFs相比，MOFs 纳米片具有更好的导电性能。4）MOFs 纳米片的高孔径率和超薄厚度有利于催化过程中反应物和产物的传输。5）由于MOFs结构的多样性和材料合成技术的进步，研究人员可以制备出大量的 MOFs 纳米片来研究其潜在的电催化性能。因此，近几年来，二维MOFs电催化剂已经成为电催化领域的研究热点，并不断有高质量的工作被报道。

鉴于此，苏州科技大学郭春显教授、南京信息工程大学朱冬冬教授、剑桥大学刘金龙博士等人综述了二维MOFs纳米片在电催化领域应用的新发展，以“Engineering pristine 2D metal–organic framework nanosheets forelectrocatalysis”为题，以A HOT Papers在线发表在《Journal of Materials Chemistry A》（DOI:10.1039/d0ta03138k）上。

该综述首先介绍了二维MOFs材料的合成方法，包括自上而下法（Top-down）和自下而上法（Bottom-up）。紧接着，具体讨论了二维MOFs在氧析出反应（OER）、氧还原反应（ORR）、氢析出反应（HER）、二氧化碳还原反应（CRR）、尿素氧化反应（UOR）领域的应用。通过具体的案例分析，介绍了有机配体工程、金属位点工程、应变工程以及材料复合在二维MOFs电催化领域的应用。

最后，该综述对二维MOFs纳米片在电催化领域存在的挑战与机遇进行了展望。目前该研究领域存在以下问题亟需解决：1）研究人员对MOFs 纳米片在电催化过程中的结构变化尚不明确；2）MOFs 纳米片在电催化过程中的催化活性物质及其反应机理尚不清楚；3）对 MOFs 纳米片电催化反应过程和机理认识的不足制约了这一领域的进一步发展。因此，研究人员在未来有必要采用原位检测手段和理论计算等来进一步研究二维MOFs具体的电催化过程及其反应机理，从而更好地指导后续新型高效二维MOFs电催化剂的设计和制备工作。