分子篩咪唑骨架（ZIFs）被廣泛用作構建氧還原反應（ORR）電催化劑的前驅體，但是大多數研究通過高溫熱解將這些骨架轉化為金屬-氮-碳（M-N-C）催化劑，這一過程往往破壞其結構完整性和配位精度。
2025年7月17日，天津工業大學梅東海、張貴榮、沈瀏鎏在國際知名期刊Advanced Functional Materials發表題為《Unlocking the Potential of ZIF-67 as an Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction》的研究論文，Yipu Xu為論文第一作者，梅東海、張貴榮、沈瀏鎏為論文共同通訊作者。
在本文中，作者首次證明了ZIF-67可以直接作為ORR的高活性分子催化劑。
通過球磨暴露鈷活性位點，優化后的ZIF-67在堿性介質中表現出優異的ORR活性。光譜和密度泛函理論（DFT）分析表明，該活性源自配位不飽和的Co-N4-x位點，這些位點在反應條件下轉變為Co-N4-x(OH)結構，從而促進了氧分子的吸附與活化。
此外，溫和的熱處理（≤500 °C）可以顯著提高Co-N4-x位點的比例，最高可達48%，這一點通過X射線吸收光譜得到了證實。其氧還原反應（ORR）活性與傳統熱解的M-N-C催化劑相當甚至更高。
本研究揭示了ZIFs在溫和熱處理下作為活性分子電催化劑的潛力，提供了一種可擴展且高效的ZIFs催化優化策略，同時保持其結構精度。圖1：ZIF-67-T的合成路線與形貌演變。(a)合成流程示意：室溫合成ZIF-67→低溫熱處理（200-700 °C）→得ZIF-67-T。(b-e)SEM照片：依次為原始 ZIF-67、300 °C、500 °C、700 °C，顯示≤500 °C仍保持菱形十二面體形貌，≥600 °C出現粗糙與收縮。(f-i)TEM照片：對應溫度樣品的微觀形貌，600/700 °C出現金屬鈷顆粒。圖2：晶體結構、化學鍵與電子結構隨溫度的變化。(a)XRD：≤500 °C保留ZIF-67特征峰，≥600 °C出現Co(111)/(200)及C(002) 峰。(b)Raman：≤500 °C保持 Co-N、C-N 等分子振動峰；≥600 °C出現 D/G 碳帶。(c)FTIR：≤500 °C保持咪唑環振動峰；≥600 °C特征峰消失。(d)UV-vis：≤500 °C 606 nm Co(II) 四面體吸收峰穩定；≥600 °C吸收特征消失。圖3：表面原子比、價態與配位環境。(a)Co 2p XPS：低溫樣品保持 Co(II)信號，700 °C出現金屬Co。(b)C/Co與N/Co原子比隨溫度升高而降低，證實低溫脫配體。(c)Co K邊XANES：≤500 °C保持Co(II)四面體前緣峰；700 °C呈金屬Co特征。(d)FT-EXAFS：≤500 °C僅見Co-N峰；700 °C出現Co-Co峰。(e)ZIF-67-500的EXAFS擬合曲線（k與R空間）。(f)Co-N配位數隨溫度變化：500 °C時降至3.5，對應48%不飽和Co-N4-x位點。(g-i)Wavelet-EXAFS：ZIF-67-500僅含Co-N散射，700 °C樣品呈Co-Co散射特征。圖4：ORR電催化性能。(a)LSV極化曲線：ZIF-67-500半波電位0.85 V，接近Pt/C。(b)半波電位、動力學電流密度 (0.85V)、ECSA 匯總：500 °C樣品最優。(c)Tafel斜率：ZIF-67-500降至66 mV dec-1，反應動力學最快。(d)0.85 V處Jk與活性位密度(MSD)對比：500 °C樣品MSD達26.9 μmol g-1。(e)雷達圖：ZIF-67-500在E1/2、Jk、JL、Tafel等指標全面領先。(f)與已報道Co分子催化劑的E1/2與起始電位對比ZIF-67-500處于頂端水平。圖5：原位拉曼與機理。(a)原位Raman：0.7V出現*OO-(1100–1200 cm-1) 與*OOH (1510 cm-1) 中間體峰。(b)自由能圖：Co-N3(OH)位點RDS能壘0.61 eV，遠低于Co-N4的2.22 eV。(c)電荷密度差：羥基化后Co原子電荷升高，增強O2吸附。(d)PDOS與d帶中心：Co-N3(OH)的d帶中心上移，利于O2活化。
綜上，作者首次證實了ZIF-67無需高溫碳化即可直接用作高效ORR分子催化劑；通過球磨-碳載耦合≤500 °C溫和熱處理，將配位不飽和Co-N4-x位點比例提升至48%，活性媲美Pt/C。
該策略在保持結構精確的同時實現低成本、可規模化制備，為燃料電池等能源轉換器件提供了全新陰極催化解決方案。
Unlocking the Potential of ZIF-67 as an Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction. Adv. Funct. Mater., 2025, https://doi.org/10.1002/adfm.202512498.
