ZIF-on-ZIF异质结构相变策略实现均匀镍钴掺杂并显著增强析氧反应性能

来自前沿材料研究团队的研究人员针对传统沸石咪唑酯骨架(ZIF)材料难以实现高活性镍基催化剂均匀掺杂的问题，开发了一种ZIF-on-ZIF异质结构相变新策略。该研究成功制备出具有空心结构的CoNi合金纳米颗粒镶嵌氮掺杂碳基质材料(H-CoNi@CN)，在析氧反应(OER)中表现出卓越性能（过电位仅223 mV@10 mA cm?2）和稳定性，为设计多功能电催化剂提供了新范式。

　　

过渡金属纳米颗粒负载于氮掺杂碳材料（N-doped carbon）因其卓越的电化学性能成为能源转化领域的新宠，这类材料通常衍生自沸石咪唑酯骨架（Zeolitic Imidazolate Frameworks, ZIFs）前体。然而传统ZIF前驱体往往局限于制备钴(Co)或锌(Zn)基纳米颗粒，致使高活性镍(Ni)基催化剂体系难以有效构建。

近期研究者突破性地提出ZIF-on-ZIF异质结构相变策略：以ZIF-8@ZIF-67核壳结构为前体，通过相变转化形成空心结构的MOF-74（锌/钴/镍三元金属有机框架），再经碳化处理最终获得均匀嵌入空心氮掺杂碳基质的钴镍合金纳米颗粒（H-CoNi@CN）。该材料在析氧反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）中展现出非凡的电催化活性——仅需223 mV的过电位即可达到10 mA cm^?2的电流密度，并具有优异的长期稳定性。

材料表征与密度泛函理论（DFT）模拟共同揭示：其空心结构可最大化暴露活性位点，而合金结构中镍钴原子间的强电子耦合效应能有效促进电荷转移，显著降低OER反应能垒。这项ZIF-on-ZIF相变策略为设计成分与结构可调的多功能催化剂开辟了新途径，在能源转化与存储领域具有广阔应用前景。