MOF-on-MOF衍生CuCo2O4双功能材料：氧析出反应电催化与超级电容器电极的协同突破

本文报道了一种通过MOF-on-MOF策略合成的双功能铜钴氧化物（CuCo2O2O4），其独特的珊瑚礁状形貌和尖晶石结构在氧析出反应（OER）中表现出317 mV的低过电位（10 mA cm?2）及49 mV dec?1的塔菲尔斜率，同时作为超级电容器电极时提供75 C g?1的高比容量，显著优于单金属氧化物。该研究为能源转换与存储材料设计提供了新思路。

　　

MOF-on-MOF衍生CuCo₂O₄的合成与表征

通过室温结晶法将铜基MOF（CuIDA）与钴基ZIF-67复合，经350°C煅烧获得纯相尖晶石结构CuCo₂O₄。XRD精修显示立方晶系（Fd-3m群）与30 nm晶粒尺寸，拉曼光谱证实Co³⁺占据四面体位点而Cu²⁺位于八面体位点。XPS分析揭示表面富含Co³⁺（66.68%）和Cu⁺（69.25%），并存在大量氧空位，紫外光谱测得1.14 eV窄带隙，显著增强电荷传输能力。

电催化性能突破

在1.0 M KOH电解液中，CuCo₂O₄表现出317 mV@10 mA cm^?2的过电位，优于纯CuO（359 mV）和Co₃O₄（385 mV）。塔菲尔斜率低至49 mV dec^?1，符合Krasil'shchikov机理中*OOH形成决速步。电化学阻抗谱（EIS）显示电荷转移电阻（R_ct）随电位升高从192.4 Ω降至0.81 Ω，12小时恒电流测试后活性未衰减，归因于珊瑚礁状形貌提供的137.75 cm²电化学活性面积。

超级电容器性能优势

CV曲线在0-0.6 V窗口呈现典型氧化还原峰，对应Co²⁺/Co³⁺和Cu⁺/Cu²⁺可逆反应。恒流充放电测试显示1 A g^?1下75 C g^?1的比容量，是单金属氧化物的2.8倍。高倍率性能保持率源于氧空位促进的离子扩散，与d-d电子跃迁降低的电荷转移势垒协同作用。

双功能机制解析

材料优势体现在三方面：（1）MOF衍生多孔结构提供高比表面积；（2）Cu掺杂诱导Jahn-Teller畸变优化Co³⁺活性位点；（3）氧空位与窄带隙协同提升导电性。这种"结构-组分-性能"调控策略为设计多功能能源材料提供了普适性方案。