综述：MOFs及其衍生物在电催化析氢反应中的应用：设计策略、合成与未来展望

这篇综述系统探讨了金属有机框架（MOFs）及其衍生物在电催化析氢反应（HER）中的前沿进展，重点剖析了其结构可调性、高孔隙率、功能化金属-连接节点等特性如何通过设计策略（如复合物构建、单原子催化剂开发）提升HER性能，同时展望了MOFs在可持续能源转型中的潜力与挑战。

　　

探索氢能未来的关键材料：MOFs在电催化析氢中的革命性角色

Abstract
金属有机框架（MOFs）凭借高度可调的结构特性，成为能源转换领域的明星材料。其高孔隙率、可修饰的次级构建单元（SBUs）和开放的金属位点，使其在电催化析氢反应（HER）中展现出独特优势。近年来，研究者不仅探索了原始MOFs的HER性能，更通过衍生化、复合催化剂构建等策略进一步提升其活性。本文综述了MOFs在HER中的最新进展，从设计原则到商业化挑战，为氢能技术发展提供理论支撑。

Introduction
全球能源危机与环境污染迫使人类寻求清洁能源解决方案。氢能因其零碳排放特性成为理想选择，而HER作为制氢核心反应备受关注。传统贵金属催化剂（如铂、铱氧化物）成本高昂且稳定性不足，促使研究者转向MOFs这一新兴材料。MOFs由金属节点与有机配体自组装而成，其晶体结构可精确调控，且兼具高比表面积和化学可修饰性。此外，MOFs衍生的单原子催化剂（SACs）通过最大化原子利用率，为HER性能突破提供了新思路。

Exploring the fundamentals of hydrogen evolution reaction
电化学水分解包含阴极HER与阳极OER两个半反应。在酸性条件下，HER遵循Volmer-Tafel或Volmer-Heyrovsky机制，反应效率受质子传递速率与催化剂导电性制约。MOFs可通过功能化孔道促进质子传输，而其金属位点（如Ni、Co、Cu）能有效降低反应活化能，实现高效析氢。

Design strategies of MOF-based electrocatalysts for HER
提升MOFs的HER性能需解决导电性与化学稳定性两大瓶颈。当前策略包括：1）构建MOF-导电材料（如碳纳米管、石墨烯）复合物；2）热解MOFs制备金属纳米颗粒嵌入的多孔碳材料；3）设计双金属MOFs以协同优化电子结构。例如，ZIF-67衍生的Co-N-C催化剂在碱性条件下表现出接近铂的活性。

Emerging advancements in MOF-based single-atom catalysts for HER
MOFs作为SACs的理想模板，其周期性孔道可锚定孤立金属原子（如Fe²⁺、Ni³⁺），形成均一的活性位点。实验表明，MOF衍生的Fe-SACs在酸性HER中Tafel斜率低至35 mV/dec，归因于配位环境对氢吸附自由能的精准调控。

Summary and future outlook
尽管MOFs在HER中展现出巨大潜力，其规模化应用仍面临合成成本高、长期稳定性不足等挑战。未来研究应聚焦于：1）开发廉价配体与绿色合成方法；2）利用人工智能预测高性能MOF结构；3）探索MOFs在光电耦合制氢体系中的集成应用。随着材料基因工程与原位表征技术的发展，MOFs有望成为氢经济时代的核心催化材料。