顶刊动态 | 近期MOF材料研究进展汇总【MOF材料20160520】

Francis-cas 9年前 (2016-05-20) 13065浏览

1、Nature Chemistry【以MOF为前驱体制备碳纳米棒和石墨烯纳米带】

一维、二维碳纳米材料由于其优异的力学、热学和电学等性质吸引了许多研究人员的研究兴趣，但其合成过程往往比较复杂而且消耗大量的能量。

最近，日本产业技术综合研究所（AIST）Qiang Xu研究小组利用金属有机框架化合物（MOF-74）为前驱体通过自模板法合成了碳纳米棒，并通过进一步超声处理得到了2到6层的二维石墨烯纳米带。制备的碳纳米棒和二维石墨烯在1.0 M H₂SO₄电解液中表现出优异的充放电性能。这样的方法有利于产业化，为大规模生产一维、二维碳材料、并实现它们在电化学器件（如：超级电容器、锂离子电池和场效应管）中的应用开辟了新的途径。

文献链接：Fabrication of carbon nanorods and graphene nanoribbons from a metal–organic framework

图二维石墨烯纳米带合成过程

2、JACS【膦配体基MOF质子导电性能】

燃料电池是一种新型可替代清洁能源体系，基于高分子燃料电池电解质膜的技术(PEMFCs)被广泛的应用在便携式器件中，目前，商业上使用的质子导体是基于酸性聚合物，如全氟磺酸。然而这样无定形的高聚物使得人们无法研究其质子导电的机理或质子传输路径，所以很难通过分析和反馈来促进未来材料的发展。

MOFs前所未有的高比表面积和规则孔道结构（可通过对桥联的配体和金属连接节点的选择进行调节），吸引了研究人员的极大兴趣，其在如储氢、催化等领域有着广泛的应用前景。

最近，很多研究人员发现MOFs材料可作为质子传导的多孔材料，理解质子传导的分子机理是对新材料的设计和导电性的改善至关重要。本文中，作者利用准弹性中子散射(QENS)来探究膦配体基MOF， MFM-500(Ni)的质子扩散机制，QENS的结果表明，MFM-500(Ni)的质子导电性（25℃，98%的相对湿度下电导率为4.5×10−4 S/cm）是以内在的“球体内自由扩散”为媒介的，这是第一例在MOF观察到的这样的机理。

文献链接：Proton Conduction in a Phosphonate-Based Metal–Organic Framework Mediated by Intrinsic “Free Diffusion inside a Sphere”

图 c 轴方向上看到的 MFM-500(M) (M = Co,Ni)晶体结构

3、Advanced Materials【以MOF为模板合成叠氮化铜且作为起爆炸药时具有低的静电灵敏度和优异的引发能力】

起爆炸药是在爆炸性系统不可缺少的，如雷管在单独的爆炸螺栓，导弹引信和工程爆破等，因为它们可以迅速从爆燃转化到爆轰，从而产生强大的冲击波引爆不太敏感又充满活力较高的次级炸药。目前广泛使用的主爆炸物是叠氮化铅（LA）和收敛酸铅（LS）的混合物。这样的系统保留LS的良好的阻燃灵敏度和LA的良好启动能力。不幸的是，这些组合具有很高的静电灵敏度，因而受到静电放电时导致很多可怕的爆炸事故。

在此，研究人员提出通过利用碳化金属-有机骨架（MOF）作为导电性多孔质碳基体和金属源原位制备初级炸药复合材料的策略。MOFs具有规则的孔道结构和永久的多孔性，可以作为一种理想的模板或前躯体来包覆主要爆炸物，为了避免上所装载的主炸药电荷累积，从而减少其静电灵敏度，最好是先碳化MOF，得到具有巨大的孔体积的导电性碳框架。同时，这些孔在一起保存了一定量的金属组分，从而保证初级炸药的高载带量，以满足起爆的要求。此外， MOF的结构和/或MOF模板碳基体为研究基体和起爆性能的关系提供了多样性的平台，有利于进一步理解其中的内在机制。

文献链接：Metal-Organic Framework Templated Synthesis of Copper Azide as the Primary Explosive with Low Electrostatic Sensitivity and Excellent Initiation Ability

图 MOFT-CA的合成过程

4、Advanced Materials【高氧化还原活性MOFs复合材料在选择性氧气分离应用】

氧气在今天被广泛应用于能量转换过程和生产各种材料和化学品，当前的工艺技术是面向通过能量密集型低温蒸馏过程，以产生纯化的氧气或从空气中纯化的氮气。纯化的氧气有着广泛的应用，包括医疗应用、载人航空航天等。在大规模生产的氧气过程所使用的能源和资本密集型低温分离技术，往往成本昂贵，不适合其在许多小规模的可再生能源方面应用。另一方面，除氧是提高各种食品和饮料保质期的必须手段，放置食品氧化变质。因此，当前急需高效、低廉的可替代的技术和新型材料用于空气中的氧气分离。

本文中，在室温下，研究人员提出了一种利用复合材料的策略来改进氧气的吸收和O2/空气分离的选择性，其中，氧化还原活性的有机金属分子，二茂铁被用作前驱体以形成O2的选择性的高热问题的Fe2+物质，即MOF（MIL-101）。这种策略与之前报道的利用具有O2-选择性的MOF基材料进行氧气分离不同，此MOF基材料在孔的表面上具有开放的金属位点，我们的方法的优点是在主机框架内没有超氧化物的形成，使得整个骨架的稳定性非常好。

文献链接：Redox-Active Metal–Organic Composites for Highly Selective Oxygen Separation Applications

图氧化还原活性复合MIL-101从空气分离O2的性能

5、Advanced Materials【蜂窝状开放多孔MOFs用于高效电催化剂】

在聚合物电解质燃料电池的阴极（PEMFC）中，氧还原反应（ORR）是直接将化学能转化为电能的关键过程。高效的ORR电催化剂对于此过程是至关重要的，Pt基材料已经被誉为最有效的ORR电催化剂，但是Pt的价格非常昂贵，因此不利于实现工业化的应用。此外，基于Pt催化剂往往稳定性欠佳，近期的许多研究工作主要是集中于对Pt基电极的替代品探索，发展了许多无Pt的ORR电催化剂。

金属-有机骨架（MOFs）是一类新的具有精细可调和均匀的孔结构的高度结晶多孔材料。在本文里，我们展示了一种新的策略，利用MOF复合物来构建N和S双掺蜂窝状多孔炭与硫化钴纳米颗粒。对纳米颗粒有着固定的作用，所合成的MOF复合物具有较好的ORR电催化作用，并表现出优异的稳定性和甲醇耐受性，这样优异的性能是源于MOFs复合物独特的蜂窝状开放结构、高的比表面积和孔容、适当程度的石墨化，高含量活性物质及其他们的协同作用。

文献链接：Metal-Organic Framework-Derived Honeycomb-Like Open Porous Nanostructures as Precious-Metal-Free Catalysts for Highly Efficient Oxygen Electroreduction