Adv. Funct. Mater.: 电化学性能可调的Cu-MOFs材料问世

【引言】

金属有机骨架（简称MOFs）是一类高度有序的新型多孔材料，具有比表面积大、孔隙率高、功能可调、主-客体相互作用、稳定性高等独特的物理化学性质，在气体吸附/分离、传感、催化等领域显示出巨大的应用潜力。在各种应用中，MOFs的电化学应用一直非常受关注，但不幸的是MOFs需要集成或涂覆在导电衬底的表面上，才能用于电化学及相关应用。据报道，采用MOF基碳糊法制作电极虽然简单，但其稳定性和准确性差，因而难以实用。作为一个替代方法，就是将材料直接沉积在导电基板上用于电化学氧化或还原反应，但关于不同配体对合成材料形态和电化学性能的影响、材料的稳定性等方面却鲜有报道。

【成果简介】

近日，华中科技大学吴康兵教授和德国锡根大学杨年俊教授（共同通讯作者）研发团队在Adv. Funct. Mater.上发表了一篇题为“Tunable Electrochemistry of Electrosynthesized Copper Metal–Organic Frameworks”的文章。该文章中研究人员以1,3,5-苯三甲酸（BTC）、1,4-对苯二甲酸（BDC）、1,2,4,5-苯四甲酸（BTEC）为有机配体，采用简单的电化学还原法制备出了Cu-MOFs新材料，并对该材料进行电容、电解、电催化行为、电化学稳定性等测试，研究人员发现Cu-MOFs材料的电化学性能依赖于使用的有机配体。因此，通过选择有机配体和金属离子设计MOFs材料性能可简化合成过程。

【图文导读】

图1 采用不同配体制备的Cu-MOFs电镜及次级模型对比

(A、D、G) Cu-BTEC的SEM、TEM图及该材料次级结构单元模型；

(B、E、H) Cu-BDC的SEM、TEM图及该材料次级结构单元模型；

(C、F、I) Cu-BTC的SEM、TEM图及该材料次级结构单元模型。

图2 采用不同配体制备的Cu-MOFs电化学性能可调性考察

(A) 在0.1M KCl溶液中扫描速率100 mV s⁻¹条件下测得的(a) Cu-BTEC、(b) Cu-BDC、(c) Cu-BTC 电容伏安图，假定该合成材料具有相同的归一化电容，则表明该材料具有相同的表面积；

(B) 在0.1M KCl水溶液中记录的(a)、(b)、(c)法拉第行为图。

图3 Cu-MOFs在传感领域中的应用

(A) 在线性扫描伏安法记录图中可清晰看到尖锐的Cu-MOFs阴极峰；

(B) 安培曲线。

【小结】

在这项工作中，分别采用三种有机配位体合成Cu-MOFs，测试了合成材料形态和材料形态对其电化学性能及应用效果的影响，作者指出合成材料的电容、法拉第行为、电化学响应等性能依赖于与材料形态和暴露的铜活性位点数目，而材料形态和金属活性受配体影响较大。采用1,3,5-苯三甲酸合成的Cu–MOFs在电催化H₂O₂还原反应中具有最佳的电化学活性，利用此优点可制备高灵敏度和高选择性的H₂O₂电化学传感检测器。这项基础工作的进行，开辟了MOFs在电化学性能可调方面的研究方法，为设计新型MOFs材料提供了思路。

文献链接：Tunable Electrochemistry of Electrosynthesized Copper Metal–Organic Frameworks（Adv. Funct. Mater.，2018，DIO: 10.1002/adfm.201706961）

本文由材料人新人组王健康供稿，赵飞龙审核，点我加入材料人编辑部。

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