MXene负载ZIF-8杂化催化剂协同增效氧析出反应性能研究

本研究针对氧析出反应(OER)动力学缓慢及贵金属催化剂成本高昂的问题，通过构建MXene@ZIF-8复合体系，利用MXene的导电性和表面特性改善ZIF-8的聚集问题。优化后的MXene@ZIF-8(1:5)在碱性条件下展现出330 mV的低过电位和149.79 mV/dec的塔菲尔斜率，且稳定性达50小时，为开发高效非贵金属OER催化剂提供了新思路。

　　

论文解读
随着化石能源枯竭与气候变化加剧，开发可持续能源技术成为全球焦点。电化学能源装置（如电解槽）的核心瓶颈在于氧析出反应(OER)的四电子转移过程动力学缓慢，需依赖昂贵的RuO₂
/IrO₂
催化剂。金属有机框架(MOF)材料ZIF-8虽具有高比表面积和可调孔道，但导电性差且易聚集；而二维材料MXene具备优异导电性和丰富表面官能团，却缺乏活性位点。如何通过材料复合实现性能互补，成为突破OER催化剂设计的关键。

印度某研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表研究，通过调控ZIF-8与MXene的质量比（1:1至1:10），系统考察复合材料的OER性能。采用X射线衍射(XRD)和比表面积分析(BET)表征结构，电化学测试评估催化活性，结合接触角测量和电化学阻抗谱(EIS)揭示界面作用机制。

材料表征
XRD证实MXene的(002)峰与ZIF-8特征峰共存，且复合后ZIF-8的(011)峰宽化，表明MXene抑制了ZIF-8结晶度。BET显示MXene@ZIF-8(1:5)的比表面积达896 m²
/g，较纯ZIF-8提升27%，归因于MXene引入的介孔结构。

电化学性能
优化后的MXene@ZIF-8(1:5)在10 mA/cm²
电流密度下过电位仅330 mV，显著低于ZIF-8（579 mV）和MXene（613 mV）。塔菲尔斜率149.79 mV/dec表明其更快的电荷转移动力学。稳定性测试中，该催化剂在50小时内电位波动<2%，且循环伏安(CV)扫描1000次后活性未衰减。

机制分析
接触角测试显示复合材料的亲水性增强（角度从98°降至42°），促进电解液渗透。EIS证实电荷转移电阻(R_ct
)降低至12 Ω，归因于MXene与ZIF-8的强金属-载体相互作用(SMSI)。

结论与意义
该研究首次阐明MXene作为载体可通过多重协同效应提升ZIF-8的OER性能：①构建三维导电网络缓解MOF绝缘性；②介孔结构增加活性位点暴露；③表面官能团优化反应界面。这项工作为设计非贵金属复合催化剂提供了普适性策略，推动电解水制氢等清洁能源技术的发展。作者Zarina Azmi等特别致谢印度科技部的DST-FIST项目资助。