化石燃料的廣泛使用已經(jīng)導(dǎo)致了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。因此，替代能源的研究迫在眉睫。在這一背景下，氫能作為一種高能量密度的綠色能源備受關(guān)注。電解水提供了一種簡(jiǎn)便的方法用于生產(chǎn)純氫。然而，陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）的緩慢動(dòng)力學(xué)限制了整個(gè)水裂解過(guò)程。商用貴金屬氧化物，如IrO2和RuO2，被認(rèn)為是優(yōu)秀的OER催化劑，但其高昂的成本、稀缺性和低電導(dǎo)率限制了其廣泛應(yīng)用。因此，研發(fā)經(jīng)濟(jì)、豐富和高效的OER催化劑顯得尤為重要。另一方面，金屬有機(jī)框架（MOF）由金屬單元與有機(jī)配體之間的強(qiáng)配位鍵構(gòu)成。由于其具有高比表面積、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和多樣性的結(jié)構(gòu)，MOF材料在制備具有出色OER催化性能的MOF衍生碳納米材料方面展現(xiàn)了巨大的潛力。然而，由于Ni-MOF制備的OER催化劑存在活性不足和穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，因此通過(guò)引入兩種或多種過(guò)渡金屬產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，可以顯著促進(jìn)OER的電子轉(zhuǎn)移，降低反應(yīng)勢(shì)壘，提高催化效率。此外，氮摻雜碳的包覆效應(yīng)已被證明可以有效地防止催化劑的腐蝕，并表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。我們期望通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和合成策略，制備氮摻雜的雙金屬基MOF衍生碳納米材料用于OER。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)高效、低成本的非貴金屬基電催化劑提供了合理的方案策略。

本文提出了一種新型的MOF衍生多孔FeNi@NC電催化劑，該催化劑表現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。在306 mV的過(guò)電位下，該催化劑能夠提供10 mA cm-2的電流密度，在堿性溶液中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)DFT計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)Fe的摻雜成功地彌補(bǔ)了鎳基催化劑電化學(xué)效率不足的缺陷。這種方法不僅可以成功應(yīng)用于其他MOF衍生的多孔碳納米材料，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，同時(shí)也為能源相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力的指導(dǎo)。

圖1. FeNi@NC催化劑的制備流程圖

本論文以“Controllable fabrication of iron-nickle alloy embedded in nitrogen-doped carbon for oxygen evolution”為題發(fā)表在被自然指數(shù)收錄的國(guó)際著名期刊《Chemical Communications》上。溫州大學(xué)為第一通訊單位，我?；膶W(xué)院錢(qián)金杰副教授為通訊作者，化材學(xué)院21級(jí)本科生林榮、21級(jí)研究生毛璐嬌為共同一作，21級(jí)本科生丁奕參與了該項(xiàng)工作。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金（21601137）、浙江省自然科學(xué)基金（LQ16B010003）、浙江省溫州市基礎(chǔ)科技研究項(xiàng)目（H20220001）的資助。