【哈工大（深圳）宣】（张进 陈家辉 文/图）近日，哈工大深圳校区前沿学部理学院张进、任鹏，智能学部生态环境学院张冠，实验与创新实践教育中心姚兆月团队在金属有机框架（MOF）挠曲电催化领域取得重要进展。团队首次发现中心对称结构的PCN-222 MOF晶体具备优异的弹性弯曲性能，并基于挠曲电催化机制实现了高效的水分解析氢反应。相关成果以“Elastically Bendable Metal–Organic Framework Crystals for Efficient Flexocatalytic Hydrogen Evolution from Water”为题，发表于化学领域国际权威期刊《美国化学会会志》（JACS）。

MOF是一类具有高孔隙率与结构可调性的多孔晶体材料，因其高比表面积、可设计的金属活性位点与孔道结构，在催化与能源转化领域应用广泛。近年来，利用机械振动引发电荷分离的压电催化被用于MOF驱动的水分解制氢，但大多数MOF属于中心对称结构，可用于压电催化的材料有限且效率普遍不高。为解决这一问题，研究团队创新性地提出了以“挠曲电催化”替代传统压电催化的新策略。该机制依赖“应变梯度”诱导的挠曲电效应，不要求材料本身非中心对称；在纳米/微米尺度下，应变梯度显著增强，可在中心对称晶体中产生可观的电势，从而拓宽MOF机械催化材料的可选范围并提升其效率上限。

图1 PCN-222微米棒的弯曲性能原位表征。

研究团队以中心对称的PCN-222 MOF晶体为研究对象，通过扫描电镜内的原位三点弯曲测试发现，该材料具有超低的杨氏模量（约0.6 GPa）和较高的弹性弯曲品质因子（σ_f/E ≈ 0.33）。团队进一步结合分子动力学模拟与第一性原理计算，提出“有效承载面积小”与“芳环/吡咯环自旋转形变”协同作用，是其具备优异弹性弯曲性能的关键机制。

图2 PCN-222微米棒在超声作用下的挠曲电催化制氢性能及机理。

鉴于PCN-222优异的弹性可弯曲性能，团队进一步借助超声波空化气泡周期性塌陷所产生的力学作用，诱导溶液中的PCN-222微米棒发生屈曲失稳并持续重复弯曲。由于不同长径比的微米棒受气泡影响程度不同，PCN-222在挠曲电催化条件下的产氢速率对长径比表现出高度敏感性，其中最高产氢速率可达259 μmol·g^-1·h^-1，且稳定性良好。与以往报道的锆基MOF压电催化剂相比，该体系的产氢效率提升近6倍。此项工作不仅为MOF材料在机械催化领域的应用提供了新思路，也展现出PCN-222在柔性纳米器件中的广阔应用前景。

哈工大深圳校区为论文第一完成单位和唯一通讯单位。深圳校区博士研究生陈家辉、孙震为论文共同第一作者，深圳校区张进副教授、任鹏副教授、张冠教授、姚兆月博士为共同通讯作者。哈工大深圳校区马世璇、王冰、许恩婷和王哲鹏参与相关研究工作。研究得到广东省基础与应用基础研究基金、广东省高校创新团队项目和深圳市科技计划等项目的支持。（编辑 谢梁晖 审核 张惠屏 陈南坤）

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c16984