洞察：IF-32！青云瑞晶MicroED技术助力MOF结构解析

美呗贤果

香港城市大学朱宗教授团队、暨南大学王子教授团队3月13日发表成果《M-》，收录于材料科学国际TOP期刊《》，IF32086。YL,XL,SZ为共同首作者。



文章中设计和合成了一种具有硫醇-镍配位链的结构明确的MOF材料，并是有RED（又称MED）数据集解析了N(DMBD)-MOF的新晶体结构。这种有机连接工程策略不仅为筛选水分解电催化剂提供了一个有前途的MOF结构平台，而且将推动进一步追求这种分子工程策略以获得更广泛的先进MOF催化剂。



苏州青云瑞晶生物科技有限参与到该项研究中，使用MED技术协助完成MOF材料微晶结构解析工作。






摘要：具有可变功能的金属有机骨架(MOF)固体与能量转换技术相关。然而，开发用于电催化的电活性和稳定的MOF仍然面临挑战。在这里，我们设计了一个分子工程MOF系统，该系统具有基于硫醇-金属链接（例如镍，对于N(DMBD)-MOF）的二维配位络。通过连续旋转电子衍(RED)技术从微晶解析晶体结构。计算结果表明，由于N-S配位，N(DMBD)-MOF具有金属电子结构，突出了硫醇配体对提高电导率的有效设计。此外，验和理论研究均表明，(DMBD)-MOF在电催化析氧反应(OER)方面于非硫醇（例如1,4-苯二甲酸）类似物(BDC)-MOF，因为它在限速*O中间物形成步骤中构成的能量障碍较少。铁取代的NF(DMBD)-MOF在280V的小过电势下现了100A・-2的电流密度，表明这是一种用于高效OER催化的新MOF平台。



内容速览：






DMBD分子中的硫醇基团与相邻的羧基构成了金属阳离子的强螯合基序。应用连续旋转电子衍(RED，又称MED)技术确定N(DMBD)-MOF的晶体结构。



MED解析晶体结构工作由苏州青云瑞晶生物科技有限协助完成。MOF材料送测晶体尺寸比较小仅约200，青云瑞晶共计收集30余套数据，选择其中质量比较好的7套数据合并处理，用时4天完成结构解析。






透电子显微镜(TEM)研究进一步验证了RED解析出的结构。






进行了X线吸收光谱(XAS)和DFT计算分析，以分别探索配位环境和电子能带结构。N(BDC)-MOF和N(DMBD)-MOF的DFT化结构具有两种八面体键合的N位点（图3和3）。根据图3和3中N位点的态密度(DOS)，N(DMBD)MOF剖面中费米能级的非零DOS表明N(DMBD)-MOF具有金属电子能带结构（图3),而N(BDC)-MOF相明显具有相对较窄的带,具有约044V的小间隙(图3)。






在泡沫镍基底上合成了催化剂，这可以促进（电）催化过程中的传质。在O2饱和的纯化1MKOH电解质中，通过电极配置研究了N(DMBD)-MOFNF和N(BDC)-MOFNF对OER的电催化比较。



结论：由于设计和合成了具有硫醇-镍配位链的结构明确的MOF材料，我们基于RED数据集解析出N(DMBD)-MOF的新晶体结构。HRTEM研究进一步证了RED结构。计算结果表明N(DMBD)-MOF具有金属电子结构，由于N-S配位链含有较少的电负性硫供体，因此导电性增强。与N(DMBD)-MOF的电子结构一致，获得了令人满意的电催化活性。验结果和DFT计算显示，在N(DMBD)-MOF中，O中间体很容易形成，活化能势垒也降低了。引入F后获得的2维NF(DMBD)-MOFNF在100A・-2的电流密度下显示出280V的过电位。具有硫醇官能化的NF(DMBD)-MOFNF作为阳极电极的分解水的电解槽在以PC为阴极组装的碱性电解质中记录了150V@10A・-2的外加槽电压。这种有机连接物工程策略不仅为筛选水分解电催化剂提供了一个有前景的MOF结构平台，而且将推动人们进一步追求这种分子工程策略，以获得更广泛的先进MOF催化剂阵列。




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