近日，深圳大学高等研究院赵伟副教授课题组在《Chemical Engineering Journal》（影响因子：16.744，中科院大类一区）上发表一篇题为“Electrically Conductive Pt-MOFs for Acidic Oxygen Reduction:  Optimized Performance via Altering Conjugated Ligands” 的研究论文，深圳大学高等研究院是该论文的唯一通讯单位。

质子交换膜氢燃料电池是一种可以高效利用氢能源的化学电池,其由阳极的氢气氧化和阴极的氧气还原两个半反应组成。对于氢燃料电池来说，由于氧化反应速率远远大于还原反应速率，发生在阴极上的氧还原反应（ORR）交换电流密度低，反应动力学过程极其缓慢，是燃料电池总反应的控制步骤，所以阴极催化剂催化剂材料对于整体氢燃料电池的性能至关重要。目前，氢燃料电池中常用的商用催化剂是Pt/C，由 Pt 的纳米颗粒分散到碳粉载体上的担载型催化剂。商业Pt/C在理想的条件下具有非常高的氧还原活性，包括比较正的起始电势和半波电势，以及较大的扩散极限电流。但是，商业Pt/C的稳定性不好，在酸性环境下，经过循环3000次充放电之后就表现出很差的起始电势、半波电势以及较差的极限扩散电流，商业Pt/C所传导的电流值会随时间大幅下降，因此，目前Pt/C催化剂存在的成本与稳定性问题。

在此之前，该课题组合成了一种Co基MOF材料，应用于酸性ORR，获得不错的性能，相关论文见Chemical Engineering Journal, 2022, 430, 132642。基于之前的研究工作，作者合成了新型Pt基二维金属有机框架化合物（Pt-MOFs），并且改变MOF结构中的有机配体，比较了三种Pt-MOFs在酸性环境下ORR反应的性能，发现其中具有Pt-O4配位结构的Pt3(C12N6O6)2 MOF表现最好，其氧还原的半波电位和商业Pt/C催化剂相差无几，循环充放电至少达到20000次（120个小时）以上而几乎没有任何衰减，在酸性环境下表现出极强的稳定性（酸性环境为商业化质子交换膜氢燃料电池的工作环境），结合DFT理论计算，阐明了催化活性位点，以及MOF的有机配体调控优化催化活性的反应机理。

三种Pt-MOFs结构

Pt3(C12N6O6)2 MOF的酸性ORR电化学性能

此项研究得到了国家自然科学基金项目和深圳市面上项目的资助。

本文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722062799