頂刊動態 | 近期MOF材料研究進展匯總【MOF材料20160520】

Francis-cas 7年前 (2016-05-20) 12230瀏覽

1、Nature Chemistry【以MOF為前驅體制備碳納米棒和石墨烯納米帶】

一維、二維碳納米材料由于其優異的力學、熱學和電學等性質吸引了許多研究人員的研究興趣，但其合成過程往往比較復雜而且消耗大量的能量。

最近，日本產業技術綜合研究所（AIST）Qiang Xu研究小組利用金屬有機框架化合物（MOF-74）為前驅體通過自模板法合成了碳納米棒，并通過進一步超聲處理得到了2到6層的二維石墨烯納米帶。制備的碳納米棒和二維石墨烯在1.0 M H₂SO₄電解液中表現出優異的充放電性能。這樣的方法有利于產業化，為大規模生產一維、二維碳材料、并實現它們在電化學器件（如：超級電容器、鋰離子電池和場效應管）中的應用開辟了新的途徑。

文獻鏈接：Fabrication of carbon nanorods and graphene nanoribbons from a metal–organic framework

圖二維石墨烯納米帶合成過程

2、JACS【膦配體基MOF質子導電性能】

燃料電池是一種新型可替代清潔能源體系，基于高分子燃料電池電解質膜的技術(PEMFCs)被廣泛的應用在便攜式器件中，目前，商業上使用的質子導體是基于酸性聚合物，如全氟磺酸。然而這樣無定形的高聚物使得人們無法研究其質子導電的機理或質子傳輸路徑，所以很難通過分析和反饋來促進未來材料的發展。

MOFs前所未有的高比表面積和規則孔道結構（可通過對橋聯的配體和金屬連接節點的選擇進行調節），吸引了研究人員的極大興趣，其在如儲氫、催化等領域有著廣泛的應用前景。

最近，很多研究人員發現MOFs材料可作為質子傳導的多孔材料，理解質子傳導的分子機理是對新材料的設計和導電性的改善至關重要。本文中，作者利用準彈性中子散射(QENS)來探究膦配體基MOF， MFM-500(Ni)的質子擴散機制，QENS的結果表明，MFM-500(Ni)的質子導電性（25℃，98%的相對濕度下電導率為4.5×10?4 S/cm）是以內在的“球體內自由擴散”為媒介的，這是第一例在MOF觀察到的這樣的機理。

文獻鏈接：Proton Conduction in a Phosphonate-Based Metal–Organic Framework Mediated by Intrinsic “Free Diffusion inside a Sphere”

圖 c 軸方向上看到的?MFM-500(M) (M = Co,Ni)晶體結構

3、Advanced Materials【以MOF為模板合成疊氮化銅且作為起爆炸藥時具有低的靜電靈敏度和優異的引發能力】

起爆炸藥是在爆炸性系統不可缺少的，如雷管在單獨的爆炸螺栓，導彈引信和工程爆破等，因為它們可以迅速從爆燃轉化到爆轟，從而產生強大的沖擊波引爆不太敏感又充滿活力較高的次級炸藥。目前廣泛使用的主爆炸物是疊氮化鉛（LA）和收斂酸鉛（LS）的混合物。這樣的系統保留LS的良好的阻燃靈敏度和LA的良好啟動能力。不幸的是，這些組合具有很高的靜電靈敏度，因而受到靜電放電時導致很多可怕的爆炸事故。

在此，研究人員提出通過利用碳化金屬-有機骨架（MOF）作為導電性多孔質碳基體和金屬源原位制備初級炸藥復合材料的策略。MOFs具有規則的孔道結構和永久的多孔性，可以作為一種理想的模板或前軀體來包覆主要爆炸物，為了避免上所裝載的主炸藥電荷累積，從而減少其靜電靈敏度，最好是先碳化MOF，得到具有巨大的孔體積的導電性碳框架。同時，這些孔在一起保存了一定量的金屬組分，從而保證初級炸藥的高載帶量，以滿足起爆的要求。此外， MOF的結構和/或MOF模板碳基體為研究基體和起爆性能的關系提供了多樣性的平臺，有利于進一步理解其中的內在機制。

文獻鏈接：Metal-Organic Framework Templated Synthesis of Copper Azide as the Primary Explosive with Low Electrostatic Sensitivity and Excellent Initiation Ability

圖 MOFT-CA的合成過程

4、Advanced Materials【高氧化還原活性MOFs復合材料在選擇性氧氣分離應用】

氧氣在今天被廣泛應用于能量轉換過程和生產各種材料和化學品，當前的工藝技術是面向通過能量密集型低溫蒸餾過程，以產生純化的氧氣或從空氣中純化的氮氣。純化的氧氣有著廣泛的應用，包括醫療應用、載人航空航天等。在大規模生產的氧氣過程所使用的能源和資本密集型低溫分離技術，往往成本昂貴，不適合其在許多小規模的可再生能源方面應用。另一方面，除氧是提高各種食品和飲料保質期的必須手段，放置食品氧化變質。因此，當前急需高效、低廉的可替代的技術和新型材料用于空氣中的氧氣分離。

本文中，在室溫下，研究人員提出了一種利用復合材料的策略來改進氧氣的吸收和O2/空氣分離的選擇性，其中，氧化還原活性的有機金屬分子，二茂鐵被用作前驅體以形成O2的選擇性的高熱問題的Fe2+物質，即MOF（MIL-101）。這種策略與之前報道的利用具有O2-選擇性的MOF基材料進行氧氣分離不同，此MOF基材料在孔的表面上具有開放的金屬位點，我們的方法的優點是在主機框架內沒有超氧化物的形成，使得整個骨架的穩定性非常好。

文獻鏈接：Redox-Active Metal–Organic Composites for Highly Selective Oxygen Separation Applications

圖氧化還原活性復合MIL-101從空氣分離O2的性能

5、Advanced Materials【蜂窩狀開放多孔MOFs用于高效電催化劑】

在聚合物電解質燃料電池的陰極（PEMFC）中，氧還原反應（ORR）是直接將化學能轉化為電能的關鍵過程。高效的ORR電催化劑對于此過程是至關重要的，Pt基材料已經被譽為最有效的ORR電催化劑，但是Pt的價格非常昂貴，因此不利于實現工業化的應用。此外，基于Pt催化劑往往穩定性欠佳，近期的許多研究工作主要是集中于對Pt基電極的替代品探索，發展了許多無Pt的ORR電催化劑。

金屬-有機骨架（MOFs）是一類新的具有精細可調和均勻的孔結構的高度結晶多孔材料。在本文里，我們展示了一種新的策略，利用MOF復合物來構建N和S雙摻蜂窩狀多孔炭與硫化鈷納米顆粒。對納米顆粒有著固定的作用，所合成的MOF復合物具有較好的ORR電催化作用，并表現出優異的穩定性和甲醇耐受性，這樣優異的性能是源于MOFs復合物獨特的蜂窩狀開放結構、高的比表面積和孔容、適當程度的石墨化，高含量活性物質及其他們的協同作用。

文獻鏈接：Metal-Organic Framework-Derived Honeycomb-Like Open Porous Nanostructures as Precious-Metal-Free Catalysts for Highly Efficient Oxygen Electroreduction