新型超薄材料分裂水可以使氢生产更廉价（附原文）

诸平

This is a water drop falling into water. Credit: Sarp Saydam/UNSW

Figure 1 | Synthetic process of metal- organic framework nanosheet array. Metal salts and substrate are firstly mixed together in an aqueous solution, and then introduces the organic ligand. Next, the MOF nanosheet array grows on the surface of substrate via a dissolution-crystallization mechanism.

Figure 3 | Electrocatalytic properties of NiFe-MOF and other samples for OER. (a) LSV plots obtained with NiFe-MOF, nickel-based metal-organic framework (Ni-MOF), bulk NiFe-MOF and IrO₂ for OER at 10 mV s^-1 in 0.1 M KOH. (b) Tafel plots obtained with NiFe-MOF, Ni MOF and bulk NiFe-MOF.  (c) Rotate ring disk electrode voltammogram obtained for NiFe-MOF in 0.1M KOH. The ring potential is set at 1.4 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) to monitor the production of hydrogen peroxide; the inset of (c) shows the corresponding electron transfer number (N) as a function of applied potentials. (d) Chronoamperometric testing of NiFe-MOF for 20,000 s at 1.42 V (versus RHE) in 0.1 M KOH.

据Nature Communications杂志网站2017年6月2日提供的信息^［1］，澳大利亚新南威尔士大学(University of New South Wales, UNSW)的化学家发明了一种新型廉价催化剂，用电有效地分解水产生清洁氢燃料。这项技术是基于在泡沫电极上涂超薄片多孔金属有机骨架(metal organic frameworks，MOF)材料,研究人员意外地发现此电极具有很高的导电性和分解水的活性。

此项研究的负责人赵川（Chuan Zhao）副教授说：“分解水通常需要两种不同的催化剂,但我们的催化剂可同时驱动将水分解成氧和氢的两个反应。此催化剂制造方法简单方便,所以我们可以生产适应各种各样的MOF超薄纳米片阵列。相对于目前已报道的其它水电解催化剂，我们的催化剂也是最有效的。”

氢是一种可再生能源的好载体，不仅因为其来源丰富、燃烧后零排放；而且氢与其他能源如太阳能和风能相比较更容易存储。但电解水制氢生产成本高,因为迄今为止开发出的最有效的催化剂往往由贵金属如Pt、Ru、Ir组成。但UNSW研究人员开发的MOF催化剂，是由来源丰富的非贵重金属如Ni、Fe和Cu组成。MOF属于一种通用型多孔材料大家族，此类化合物具有广泛的其它潜在应用。但直到现在,MOF被认为是不良导体，对于电化学反应并非是很有用的。一般来说,它们是由大量的粉末体构成，其催化位深深嵌入在水很难到达的微孔之中,对于水电解反应的催化作用自然无从谈起。但是，赵川研究团队通过创建纳米厚度的MOF阵列,能够让微孔暴露、增加电与水的接触表面积。赵川说：“随着纳米科技的发展，我们制得了一种独特的MOF结构,此结构解决了导电性和跨越活化位的大问题，这是开创性的研究成果。我们能够证明MOF具有高导电性,可以挑战那些惰性电解催化剂材料的普通概念。”MOF有大范围应用的潜力,包括燃料存储、药物输送和碳捕获等。UNSW团队的演示表明,它们的高导电特性除了作为电解催化剂之外，也可引入许多其它新应用。更多信息请注意浏览原文（点击可以免费下载原文）

参考文献：

［1］〓DUAN Jing-jing, CHEN Sheng, ZHAO Chuan. Ultrathin metal-organic framework array for efficient electrocatalytic water splitting （点击可以免费下载原文）［J］. Nature Communications, 2017, 8: 15341. DOI: 10.1038/ncomms15341. https://www.nature.com/articles/ncomms15341