Small：线性共轭配位聚合物及其电催化析氧性能研究

在电催化的研究中，有机金属框架材料通过热裂解以实现催化剂的制备或者负载是一种常见的途径。但材料热裂解的结果难以预测，对建立有效的构效关系和材料构筑策略产生了较大的阻碍。共轭配位聚合物通过共轭配体与金属中心的π-d轨道杂化使材料的本征导电性得到显著提升，可以作为催化构效关系研究的理想模型，在能源存储与转化领域有优良应用价值。不过共轭配位聚合物的化学结构仍然存在一些模糊与争议。因此，系统性地研究共轭配位聚合物与其催化活性位点的设计十分重要。

近日，原华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室顾成研究员（现已调入四川大学高分子科学与工程学院）报道了一种具有M-O₄活性位点的共轭配位聚合物(Co-THB)，并揭示了其在电催化析氧反应方向上的应用潜力。作者通过溶剂热法在碳纸上原位生长了具有不同金属中心的共轭配位聚合物同构体 (图1)，发现 Co-THB/CP在电催化析氧反应上展现出较好的性能，在10 mA cm^-2的电流密度下过电位为263 mV，且在90小时的恒电流工作中表现出良好的稳定性。该工作为线性共轭配位聚合物材料的研究提供了新的思路。

作者通过Co-THB的PXRD的Pawley精修结果构建了该线性共轭配位聚合物材料的晶体结构，模拟与实验结果有着很好的吻合(图2a)。具有不同金属中心的共轭配位聚合物材料为同构体，而且它们的氮气吸附曲线都表现出典型的I型吸附曲线的特征(图2b)，计算得到的Co-THB比表面积为331 m² g^-1，这表明这类线性共轭聚合物材料优良的多孔性。Co-THB/CP的SEM图像显示其可以在碳纸上的原位生长是均匀且规整的(图2c)。

接着，作者考察了M-THB/CP的电催化析氧反应性能（图3a）。在氧气饱和的0.1 M KOH溶液中，Co-THB/CP在10 mA cm^-2的电流密度下过电位仅为263 mV，优于同等条件下的IrO₂催化剂。Tafel斜率表明Co-THB和IrO₂均表现出较快的动力学过程（图3b）。作者通过对材料电化学活性面积进行表征计算，还发现Co-THB材料的单位活性面积催化性能要显著优于其他材料（图3c）。在稳定性方面，通过计时电位法，Co-THB/CP材料可以在30 mA cm^-2的电流密度下稳定工作90 h且工作电位无明显提升（图3d）。最后，作者还通过理论计算对材料的活性位点与催化过程进行进一步的研究。

Linear conjugated coordination polymers for electrocatalytic oxygen evolution reaction

Chuangye Lu, Da Zhu, Yan Su, Hong Xu, Cheng Gu

Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202207720