南京理工大學付永勝教授Nanoscale綜述：導電MOF的最新進展及其應用

背景介紹

僅經過短短二十年的發展，在結構和功能上具有極大多樣性的金屬有機框架（MOF）材料已經成為能源和環境相關應用的熱點材料。但是大多數MOF載流子遷移率較差，電導率很低，嚴重地限制了它們的實用性。在過去的幾年間，具有高載流子遷移率和出色電導率的MOF材料在全世界掀起了研究熱潮，這種MOF被稱為導電MOF。

成果簡介

近日，南京理工大學化工學院付永勝教授、汪信教授、淮陰師范學院張莉莉教授等撰寫了一篇介紹導電MOF最新進展及其應用的綜述文章。該綜述系統地總結和討論了導電MOF的理論設計策略和實驗制備方法及其各類應用。主要內容分為四個部分：導電MOF的一般性設計原則和關鍵點；電導率及相關參數的測量；導電MOF的構建策略；導電MOF的主要應用。該綜述文章近日以題為“Recent development and applications of electrical conductive MOFs”發表在著名期刊Nanoscale上，論文第一作者是博士生李春。

圖文導讀

圖1. 導電MOF中發展中的關鍵成果時間線

圖2. 能級示意圖

圖3. 導電MOF的導電模型

（a）跳躍理論，傳導包括從一個局部狀態到另一個局部狀態的少量跳躍。（b）能帶理論，傳導發生在導帶（對于電子）中。 E_C：導帶，E_V：價帶。虛線是供體能級，可提供多余的電子，但不再發揮作用。

圖4. 四接觸法和二接觸法，及四點探針和范德華法測量電導率示意圖

圖5. 導電MOF中可能的電荷傳輸模式。（a）通過空間的電荷傳輸，（b）通過鍵的電荷傳輸，（c）客體分子推動的電荷傳輸。

圖6. 基于三亞苯基衍生的配體的六角形二維MOF的示意結構

小結

在過去十年中，導電MOF領域實現了巨大的增長，研究人員已經成功地構建了各種具有高電荷遷移率和電導率的MOF材料，為能夠清楚地闡明導電機制，進而輔助設計新的導電MOF，作者建議研究人員將理論計算和實驗工作緊密結合。目前為止，只有少數MOF表現出良好的導電性，因此對具有新拓撲的導電MOF提出了更高的要求。作者提出研究的目標是使導電MOF的設計具有針對性和可預測的結構-特性關系。迄今為止文獻報道的測量條件和技術缺乏一致性，因此作者也強烈建議研究人員在以后的工作中對相關參數的測量進行更徹底和更嚴格的分析。

作為具有特殊電子性能的雜化材料，導電MOF兼具無機材料和有機聚合物的優點，克服了許多缺點，例如由于有機材料缺乏長程有序性，難以實現無機材料的功能化和低電荷遷移率。隨著可用導電MOF數量和種類的增加，它們已經獲得了廣泛的應用，尤其是與電化學相關的領域，比如電催化，電池，超級電容器，傳感器，熱電和自旋電子學，而且很顯然它們的應用范圍正在迅速擴大，其中一些已經在工業應用中使用，導電MOF在未來會對能源相關設備的科學和技術產生巨大的影響。

文獻鏈接:?https://doi.org/10.1039/D0NR06396G

Li, C.; Zhang, L.; Chen, J.; Li, X.; Sun, J.; Zhu, J.; Wang, X.; Fu, Y., Recent development and applications of electrical conductive MOFs. Nanoscale 2020.10.1039/D0NR06396G

本文由南京理工大學付永勝教授團隊供稿。