南京理工大学付永胜教授Nanoscale综述：导电MOF的最新进展及其应用

背景介绍

仅经过短短二十年的发展，在结构和功能上具有极大多样性的金属有机框架（MOF）材料已经成为能源和环境相关应用的热点材料。但是大多数MOF载流子迁移率较差，电导率很低，严重地限制了它们的实用性。在过去的几年间，具有高载流子迁移率和出色电导率的MOF材料在全世界掀起了研究热潮，这种MOF被称为导电MOF。

成果简介

近日，南京理工大学化工学院付永胜教授、汪信教授、淮阴师范学院张莉莉教授等撰写了一篇介绍导电MOF最新进展及其应用的综述文章。该综述系统地总结和讨论了导电MOF的理论设计策略和实验制备方法及其各类应用。主要内容分为四个部分：导电MOF的一般性设计原则和关键点；电导率及相关参数的测量；导电MOF的构建策略；导电MOF的主要应用。该综述文章近日以题为“Recent development and applications of electrical conductive MOFs”发表在著名期刊Nanoscale上，论文第一作者是博士生李春。

图文导读

图1. 导电MOF中发展中的关键成果时间线

图2. 能级示意图

图3. 导电MOF的导电模型

（a）跳跃理论，传导包括从一个局部状态到另一个局部状态的少量跳跃。（b）能带理论，传导发生在导带（对于电子）中。 E_C：导带，E_V：价带。虚线是供体能级，可提供多余的电子，但不再发挥作用。

图4. 四接触法和二接触法，及四点探针和范德华法测量电导率示意图

图5. 导电MOF中可能的电荷传输模式。（a）通过空间的电荷传输，（b）通过键的电荷传输，（c）客体分子推动的电荷传输。

图6. 基于三亚苯基衍生的配体的六角形二维MOF的示意结构

小结

在过去十年中，导电MOF领域实现了巨大的增长，研究人员已经成功地构建了各种具有高电荷迁移率和电导率的MOF材料，为能够清楚地阐明导电机制，进而辅助设计新的导电MOF，作者建议研究人员将理论计算和实验工作紧密结合。目前为止，只有少数MOF表现出良好的导电性，因此对具有新拓扑的导电MOF提出了更高的要求。作者提出研究的目标是使导电MOF的设计具有针对性和可预测的结构-特性关系。迄今为止文献报道的测量条件和技术缺乏一致性，因此作者也强烈建议研究人员在以后的工作中对相关参数的测量进行更彻底和更严格的分析。

作为具有特殊电子性能的杂化材料，导电MOF兼具无机材料和有机聚合物的优点，克服了许多缺点，例如由于有机材料缺乏长程有序性，难以实现无机材料的功能化和低电荷迁移率。随着可用导电MOF数量和种类的增加，它们已经获得了广泛的应用，尤其是与电化学相关的领域，比如电催化，电池，超级电容器，传感器，热电和自旋电子学，而且很显然它们的应用范围正在迅速扩大，其中一些已经在工业应用中使用，导电MOF在未来会对能源相关设备的科学和技术产生巨大的影响。

文献链接: 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

本文由南京理工大学付永胜教授团队供稿。