氧还原反应（ORR）是碳中性能源体系的核心反应。尽管铂族材料具有很高的ORR活性，但由于失活、动力学缓慢、昂贵的成本和自然资源的稀缺等不足，严重阻碍了铂基电催化剂的实际ORR应用。金属有机骨架（MOF）的低成本极高可扩展性为定制具有优异性能的新型电催化剂提供了独特的平台。

有鉴于此，瑞典斯德哥尔摩大学黄哲昊，美国德州农工大学周宏才教授，陕西师范大学郑浩铨副教授报道了一种新的设计概念，并设计了稳定的Zr链基MOF作为ORR的有效电催化剂。PCN-226由氧化还原活性金属卟啉和Zr(+4)阳离子连接而成。

文章要点

1）其使用地球储量丰富的元素，与贵金属基材料相比，显著降低了催化剂生产成本。此外，根据软硬酸碱理论（HSAB）理论，Zr（+4）阳离子与羧基官能化的金属卟啉具有很强的亲和力，并且能够产生稳定的MOF。除了用于ORR的稳定的和可访问的活性中心外，MOF具有基于无限的锯齿形氧化锆链结构。这种链状结构不仅提高了MOF的整体稳定性，而且允许氧化还原活性中心在较近的空间产生较高的反应动力学和催化剂负载量。在已报道的卟啉型ZrMOF中，PCN-226的催化活性中心密度最高。

2）为了改善吸附分子和反应分子的扩散动力学，研究人员制备了PCN-226纳米晶。采用连续旋转电子衍射（cRED）和微电子衍射（MicroED）技术测定了PCN-226的结构。PCN-226作为ORR的电催化剂，表现出较高的活性和反应动力学，特别是与簇基MOF相比，表现出较高的活性和反应动力学。

3）研究人员进一步证明了PCN-226可作为一种极有效果的锌空气二次电池电极材料，其峰值功率密度高达133 mW cm^-2。同时在经过ORR后，PCN-226的完整性保持不变。

Magdalena Ola Cichocka, et al, A Porphyrinic Zirconium Metal-Organic Framework for Oxygen Reduction Reaction: Tailoring the Spacing between Active-Sites through Chain-based Inorganic Building Units, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c06329

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06329