近日，我校化学与材料学院青年教师马诚在国际顶级期刊《Advanced Science》发表题为“Electrochemiluminescence Discloses Active Intermediates in Oxygen Evolution Reactions of Metal-Organic Framework”的研究成果。该研究开发了一种电化学发光显微成像技术，在微观尺度上揭示纳米颗粒在析氧反应催化过程中重要的过氧化氢中间体，为指导筛选出更好的析氧反应催化剂提供了新型分析工具。

以过渡金属（TM）为基础的金属有机骨架（MOF）材料具有比表面积大、孔隙率高、活性位点分布优化等优点，可最大限度地实现电子传递和促进反应物的传质，用于催化动力学缓慢的阳极析氧反应（OER）具有广阔的应用前景。考虑到金属-配体界面形成的高柔韧性，MOF中界面电子耦合相互作用被认为是提高OER效率的重要因素之一，而界面相互作用是探索MOF材料催化氧化还原反应机理的重要观点。因此，以金属带为氧化还原中心的吸附物演化机制（AEM）被用来解释四电子OER历程。针对阳极析氧反应中复杂的四电子转化过程的原位表征来佐证吸附物演化机制和进一步优化电催化剂至关重要。然而，追踪不稳定中间体的形成和演变仍然具有挑战性。

针对这一挑战，研究团队开发了电化学发光（ECL）分析和成像技术，原位监测作为OER催化剂的过渡金属的四氰基二甲基醌（TM-TCNQ）金属有机框架材料中重要的过氧化氢中间体（OOH*）。利用对OOH*具有高度选择性的ECL探针L-012，团队将ECL信号演变（例如，起始ECL电位和最大ECL强度）与OOH*的生成和积累联系起来，从而能够方便快捷地判断OER的决速步骤。利用ECL显微镜的空间和时间分辨率，研究发现Cu-TCNQ的I相比II相表现出更好的催化活性，从而成功建立结构与性能间的直接联系。此外，COMSOL模拟揭示了OER反应期间的不均匀电流分布，与ECL成像结果一致。最后，利用ECL定量方法比较了三种TM-TCNQ，并很好地解释了不同反应中间体的自由能曲线。因此，该研究所提出的ECL分析和显微镜技术为理解OER中的详细基元反应提供了一种新的途径，从而进一步指明了高性能催化剂的发展方向。

化学与材料学院博士研究生陈轩为论文第一作者，马诚、庞欢、徐琴等三位教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。