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《ACS Nano》刊登中石大成果 功能性MOFs衍生物电化学应用有望更上一层楼

来源:材料科学与工程微信公众号|

发表时间:2019-06-25

点击:10687

文章来源:中国石油大学华东


近日,中国石油大学(华东)材料科学与工程学院孙道峰教授与美国德州农工大学周宏才教授合作,在MOFs可控碱解制备超级电容器电极材料方面取得突破性进展。相关论文《金属-有机框架物的可控水解:Ni/Co层状双金属氢氧化物多级微球用于高性能超级电容器》(Controlled Hydrolysis of Metal–Organic Frameworks: Hierarchical Ni/Co-Layered Double Hydroxide Microspheres for High Performance Supercapacitors)于2019年6月被材料领域权威国际期刊ACS Nano刊发。


博士生肖振宇、硕士生梅英杰为共同第一作者,孙道峰教授与周宏才教授为共同通讯作者,中国石油大学(华东)为第一署名单位。



近年来,金属-有机框架(MOFs)作为一种新型的多孔材料,因其超高的比表面积、丰富的孔结构以及高分散的金属中心等特点,被认为是一种理想的制备纳米氧化物材料、多孔碳材料以及复合材料的前驱体。


目前,MOFs衍生材料的制备方法多局限于传统的热解策略,由于反应在高温条件下进行,过程复杂,可控性差,且对气体环境异常敏感,极易造成骨架坍塌、金属中心团聚和孔结构堵塞等现象;同时热解过程必然导致MOFs中昂贵有机配体的分解,以及有毒有害气体的排放,增加了合成过程的经济和环境成本,限制了其大规模工业化应用的可能。



基于上述问题,孙道峰团队采用碱解(碱性条件下水解)策略,以配位能力相对较强的OH-阴离子逐渐替换MOFs中有机配体阴离子,最终实现温和可控条件下的MOFs衍生纳米材料的制备。实验中首次通过同位素追踪技术追踪反应过程,深度揭示了反应机理,结果表明MOFs中的μ3-OH桥连金属簇在“共型转变”过程中发挥着至关重要的作用,为MOFs衍生材料的可控碱解提供了有效指导。


碱解法制备的Ni/Co-LDH-7:3样品,具有独特的微孔-介孔复合孔道结构,超高的比表面积以及Ni/Co双金属协同效应,因此具有优异的超级电容器性能,在1A g-1电流密度下表现出1652 Fg-1的比容量。同时,游离至溶液中的有机配体阴离子,可以通过酸化处理回收,用于循环生产,降低污染和生产成本。这一温和、可控以及经济性的合成策略还可以拓展到其他双金属体系,为功能性MOFs衍生物的电化学应用提供指导。



审稿专家对该科研成果给予高度评价,认为该成果选择的碱性水解策略,可以有效的保持MOFs的原始形貌和多孔性,反应过程非常简单,并且可以回收有机配体,具有重要的科研和实践意义。这一科研成果可以促进MOFs及其衍生材料在能源领域的应用研究。


ACS Nano是美国化学会主办的权威国际期刊,在化学、材料及能源领域具有很强的影响力,对研究内容的前沿性要求极为严格,最新影响因子为13.709。


孙道峰团队近年来开展了对簇基MOFs的构筑及性能研究。相关研究论文先后发表在Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 5095、J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 10814、J. Mater. Chem. A2018, 6, 24486、Chem. Eur. J.2018, 24, 2137、Inorg. Chem. Front.2018, 5, 2445、J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 17, 6967-6975等刊物上。

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