甘油氧化反应（GOR）被认为是传统水电解阳极氧气析出反应（OER）的潜在替代反应。与氧气析出相比，甘油氧化的热力学电势较低，与阴极的氢气生成反应（HER）耦合后可显著降低整体电解能耗，提高电解水效率。同时，甘油作为生物燃料生产的副产物具有充足的供给，GOR可以将其转化为甲酸等高附加值化合物，从而实现资源的利用和价值提升。然而，现有GOR催化剂多依赖于贵金属，成本高且难以实现规模化应用。2D c-MOFs具有良好的电导性、结构稳定性和可调节的活性位点，为过渡金属基催化剂提供了新的研究方向。

近日，董人豪教授、冯新亮教授、王明超博士和钟海霞研究员等合作研究，成功开发出一种基于八硫代酞菁镍（NiPc(SH)₈）的新型二维共轭金属有机框架材料（2D c-MOFs），命名为M₂[M’PcS₈]。通过在酞菁配体引入钴、镍、铜等不同金属中心，和使用不同的金属作为巯基配位中心，结合理论计算和系统实验探究了这类MOF在甘油氧化反应（GOR）中的潜在应用。其中Co₂[NiPcS₈]表现出最优异的催化活性及稳定性，提供了一种兼具高效率和低成本的电解水替代阳极材料方案。

在本研究中，研究团队设计了一系列M₂[M’PcX₈]（X=S/O/NH）结构的2D c-MOFs，通过密度泛函理论（DFT）计算和实验相结合，首次系统性地探索了不同MX₄键合形式对GOR活性的影响（图1.）。研究发现，钴基的Co₂[NiPcS₈]中CoS₄单元对甘油氧化具有最佳的电子结构和催化活性。通过对GOR的动力学分析，团队揭示了CoS₄>CoO₄>Co(NH)₄的活性顺序，这为材料设计提供了重要的理论依据。

在电化学测试中（图2.），以碳纸为载体的Co₂[NiPcS₈]在10 mA/cm²电流密度下的GOR电位仅为1.35 V（相对于可逆氢电极），比传统氧气析出反应的电位低0.27 V。这一性能超过了Ni₂[NiPcS₈]和Cu₂[NiPcS₈]等其他MOF材料，使Co₂[NiPcS₈]成为非贵金属基GOR催化剂中的佼佼者。电化学阻抗谱（EIS）进一步证实，Co₂[NiPcS₈]在催化过程中展现出快速的电子传导行为。

在长期稳定性测试中，Co₂[NiPcS₈]在连续12小时操作后仅出现13 mV的轻微电位变化，显示了优异的稳定性。尽管Ni₂[NiPcS₈]的导电性更高，但在实际GOR测试中表现不如Co₂[NiPcS₈]，这一现象表明高导电性并非唯一决定因素，反应活性位点的本征活性同样至关重要。

本研究不仅揭示了二维共轭有机框架材料，2D c-MOFs在电催化甘油氧化中的应用潜力，也为非贵金属基电催化剂的设计提供了新的思路。通过对MX₄结构单元的合理选择与调控，可以实现GOR/OER电势差的大幅降低，为电解水的节能减排提供了可能性。在未来的工作中，研究人员将进一步优化制备工艺并提高材料的结晶度，有望实现更高效、更节能的电催化过程，未来将推动绿色能源与化工产业的创新发展。