合理的设计和合成高效电催化剂是水全解装置、燃料电池和金属-空气电池等新能源转换和存储技术的核心。金属有机框架（MOF）作为晶态材料具有明确的结构，使它在构效关系的研究上具有得天独厚的优势。

目前，大多数已报道的对 HER、OER 和 ORR 具有优异性能的 MOF 电催化剂几乎为 Fe、Co 和 Ni 的混金属 MOF，然而，通常很难确定催化活性位点上混合 3d 金属离子的确切位置，导致难以深入了解催化机理。此外，在动态的电催化反应中，如果 MOF 的所有金属位点都类似于开放金属位点（OMSs），则会使其相互作用更加复杂，不利于催化活性起源的研究。

基于此，广西师范大学化学与药学学院黄金课题组设计并合成了一系列以 V 型三核结构单元为金属节点的独特 MOF，该三核单元具有中间饱和、两端开放的特点，通过精确地调控 Ni 和 Fe 在此三核节点上的位置和含量，实现了三功能电催化活性的可控调节。相应成果发表于学术期刊 Journal of Materials Chemistry A 上(back cover)。

该文章设计并合成了一系列具有异质同晶结构的 Ni、Fe 双金属 MOF，通过精确调节 V 型三核簇的 OMSs 和饱和金属位点（CSMs）中 Ni 和 Fe 的位置和含量，从而达到 HER，OER 和 ORR 的三功能电催化性能的可调节性；同时，结合多种谱学实验技术和 DFT 理论计算对催化活性结构及机理进行可视化。该研究为高效的多功能电催化剂的设计和合成提供了新的策略。

要点一：MOF 中簇基节点金属离子种类和位置的精确辨认

一般地，仅通过传统的单晶 X 射线衍射技术难以确定双金属 MOF 中 Ni、Fe 金属离子的确切位置，但是，对于催化活性起源的研究需要准确地确定作为催化活性中心的 OMSs 种类及含量等关键信息。为了解决上述问题，本工作结合单晶/粉末 X 射线衍射（SC/PXRD）、穆斯堡尔光谱（Mössbauer）、X 射线光电子能谱（XPS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）确定了 OMSs 与 CSMs 的种类及含量，为后续电催化性能调控和反应机理分析奠定了基础。

要点二：Ni/Fe 双金属 MOF 的三功能电催化性能调控

到目前为止，用于 HER、ORR 和 OER 的基准电催化剂是 Pt、Ir 和 Ru 基化合物，并且单一的贵金属只能对特定的电化学反应提供出色的电催化性能，并且稀缺的储备也阻碍了其广泛使用。与单一功能性电催化剂相比，多功能的电催化剂因为设备使用量的减少以及制备与优化程序简单，从而达到降低成本的目的。Ni、Fe 双金属 MOF 可通过调节 MOF 当中 Ni、Fe 的精确位置与含量，精确调控了涉及电解水装置和可充放电金属-空气电池中三大关键反应即 OER、HER 和 ORR 的性能，为今后多功能电催化剂的设计与合成提供了参考。

要点三：Ni/Fe 双金属 MOF 的三功能电催化反应机理

明确的结构信息对于催化机理的研究至为重要，Ni/Fe 双金属 MOF 中 OMSs 的种类和位置以及 CSMs 的变化可以有效地调节催化活性，说明金属节点的化学状态是构效关系的关键。通过 DFT 计算得到 OER、HER 和 ORR 各基元反应的自由能变 ΔG，以确定反应的速控步（RDS）与反应历程；并通过电子态密度计算，揭示了V形三核结构单元中 OMSs 和 CSMs 之间的电子协同对于费米能级附近态密度和金属 d 轨道位置的调控作用。这为今后研究多金属协同电催化反应机理提供了理论指导。

• Accurately Metal-Modulated Bimetallic Metal-Organic Frameworks as an Advanced Trifunctional Electrocatalyst
  Xin Chen, Bing Shao, Meng-Juan Tang, Xing-Lu He, Fu-Jie Yang, Ze-Ping Guo, Zhong Zhang, Chun-Ting He, * (何纯挺，江西师范大学) Fu-Ping Huang, * (黄富平，广西师范大学) Jin Huang * (黄金，广西师范大学)
  J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 14682-14690
  http://doi.org/10.1039/D1TA01224J

  
  

陈欣 硕士

本文第一作者，2021 年 6 月获广西师范大学理学硕士学位。发表 J. Mater. Chem. A 封面论文 1 篇。主要研究兴趣为 MOFs 功能导向型设计及其在电催化方面的应用。

黄金 博士

2018 年 6 月毕业于中山大学，获无机化学博士学位，（导师：张杰鹏教授）。2018 年 9 月入职广西师范大学，硕士研究生导师。主要研究兴趣：金属—有机框架二维材料的合成以及在能源储存和转化、分子传感以及生物技术等方面的应用。目前已主持和参与多项国家自然科学基金项目和省部级项目。已在 Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., J. Mater. Chem. A, Science Bulletin, ACS Sustainable Chem. Eng., Nanoscale, Inorg. Chem. 等国际知名 SCI 刊物上发表学术论文 10 余篇。

黄富平 研究员

广西师范大学化学与药学学院研究员、博士生导师。2010 年毕业于南开大学，获无机化学博士学位。主要从事功能配位化学，无机药物化学研究。2012 年获广西自然科学奖三等奖，2016 年 10 月 获得广西自然科学基金杰出青年基金。目前已主持国家自然科学基金 4 项，广西自然科学基金 3 项，国家重点实验室系统研究性课题基金 2 项。已在 Chem. Commun., Inorg. Chem. Front., Inorg. Chem., Dalton Trans., Crystal Growth & Design, Cryst. Eng. Comm. 等国际知名 SCI 刊物上发表学术论文 40 余篇，授权专利 6 项。

何纯挺 教授

江西师范大学化学化工学院教授、博士生导师。2011 和 2016 年分别获中山大学理学学士和材料物理与化学博士学位（导师：陈小明院士）。2015 和 2017 年先后到清华大学化学系及澳大利亚 Griffith 大学 CCEE 研究中心进行访学研究。2016 年入选首批中国“博士后创新人才支持计划”。2018 年入选江西省“双千计划”和中国科协 “青年人才托举工程”。主持并参与多项国家级、省部级自然科学基金项目。2019 年获广东省自然科学一等奖（4/7）。主要研究兴趣：分子基限域化学及能源催化。至今已在 Nat. Energy, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Chem. Sci., Adv. Mater. 等国际著名期刊发表 SCI 论文 88 篇，其中 12 篇先后入选 ESI 高被引论文，论文他引 520 0余次，H-index 为 35。

Journal of Materials Chemistry A

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Editor-in-Chief

• Anders Hagfeldt
  瑞士洛桑联邦理工学院

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