过渡金属配合物是众所周知的均相电催化剂。在这点上,金属-有机框架(MOFs)可以被认为是以周期性排列有序的过渡金属配合物的集合体。此外,MOFs具有几个额外的积极的结构特征,使它们适用于电催化,包括大表面积、高孔隙率和高含量的具有可交换配位位置的可及过渡金属。
基于此,塔比阿特莫达勒斯大学Ali Morsali,西班牙UPV-CSIC化学技术研究所Hermenegildo García综述了MOFs作为电催化剂的优缺点。
文章要点
1)从可溶性金属络合物的一般电催化活性出发,在晶格中具有一系列金属络合物的MOFs似乎是值得探索的一类合理的材料,遵循将均相催化剂转化为非均相催化剂的一般催化方法之一。MOFs满足(电)催化中的几个最想要的特征,例如大表面积、多孔性、高百分比的过渡金属和活性单中心以及容易表征。作为催化剂和电催化剂,这些积极的特征是非常需要的。然而,由低电导率和差的结构稳定性导致的两个重要缺点限制了它们的使用。克服这两个限制的可能方法显示了MOFs的显著灵活性,包括导电MOFs、纳米MOFs或2D MOFs的合成,以及对最稳定和坚固的MOFs的颗粒尺寸和形态的更好调节。
2)客体结合到MOF基质中似乎是一种有效的方法,因为它也在催化或光催化中,避免了因限制电活性客体而失活。然而,除了一个被动的角色,MOFs应该通过与客人创造一个协同效应来评价。此外,双金属和多金属MOFs,其中一种金属起结构作用,其他金属起小颗粒尺寸的电催化作用,是一种仍未开发的方法,看起来非常有前途。目前,真正的挑战是在100 mA/cm2以上的大电流密度下的稳定性。
3)考虑到该领域的大量研究工作,在这些条件下基于MOF的电极的令人信服的证据仍然是需要的,并且肯定会在不久的将来提供。此外,需要使用先进技术对MOF电催化剂进行详细表征,以了解“真正的”活性位点,这也与稳定性问题有关。
参考文献
Yong Peng, et al, Metal-Organic Frameworks as Electrocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214707
DOI: 10.1002/anie.202214707
https://doi.org/10.1002/anie.202214707