Cu-MOF基材料應用研究進展

背景介紹金屬有機骨架材料（Metal-organicframework，MOF）是一種由金屬離子和有機配體通過配位鍵作用而構成的一類有機-無機多孔材料。MOF因為具有較高的比表面積、可調節(jié)的孔徑、較多的孔隙、多樣的結構以及良好的化學穩(wěn)定性等特征，在儲能、催化、傳感、吸附分離等領域都表現(xiàn)出不錯的性能，成為各種先進應用器件的首選材料。隨著研究的不斷深入，MOF材料也常被用作制備其他高性能材料的前驅體。這些衍生材料在儲能、催化、醫(yī)學等領域都顯示出廣闊的應用前景。因此，進行MOF及其衍生材料的設計匯總具有重要的意義和應用潛力。本文亮點1分析了Cu-MOF基材料的合成和設計策略；2重點介紹了它們在儲能和催化等領域的應用進展；3展望了Cu-MOF基材料在實際應用中仍需面臨的挑戰(zhàn)和機遇。內容介紹1

制備方法及策略1.1

Cu-MOF的合成方法MOF中金屬元素和有機配體的種類及配位方式的多樣性，使得MOF的骨架結構具有無限可能。在此，以Cu-MOF為例，簡要介紹了MOF材料的常用合成方法（圖2）。在合成條件方面，通過優(yōu)化溶劑種類、反應溫度、反應時間、金屬離子和有機配體的比例、調節(jié)pH值等均可實現(xiàn)對MOF的形貌調控。1.2

Cu-MOF基復合材料的制備策略MOF材料是當下最炙手可熱的研究熱點之一，但從實驗室到實際生產之間還有不短的距離，在此，僅以Cu-MOF的改性、衍生與復合為例，總結概述近期MOF材料的設計思路。Yuan等[21]以Zn/Cu-MOF-199八面體納米粒子為犧牲模板，獲得了具有多孔八面體結構碳層包覆的Zn摻雜Cu2O納米粒子（Zn/Cu2O@C）。熱解法獲得的衍生物不僅可以繼承MOF的復雜結構以及多孔隙特征（圖3a[11]）。2

應用最新進展2.1

鋰離子電池鋰離子電池（Lithiumionbatteries，LIBs）具有能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好、安全環(huán)保等優(yōu)勢，已經在諸多領域中實現(xiàn)了廣泛應用。豐富的孔隙率和本征的氧化還原特性賦予其良好的電化學活性。通過綜合光譜技術證明了每個配位單元3個電子氧化還原反應和每個銅離子1個電子氧化還原反應的機理（圖4a）。2.2

超級電容器超級電容器（Supercapacitors，SCs）是介于充電電池和常規(guī)電容器之間的一種新型儲能裝置，功率密度高、循環(huán)壽命長。MOF作為合成多孔儲能電極材料的新平臺顯示出巨大的應用前景。3

結論和展望目前，大的比表面積、高孔隙率和易調控的孔徑分布等特點使MOF基材料在儲能、催化、傳感等領域蓬勃發(fā)展。然而，由于導電性能和穩(wěn)定性較差，其發(fā)展十分受限。Cu-MOF作為常見的經典MOF材料，諸位研究者因題而異，聚焦于不同的側重點，開發(fā)了結構和功能多樣的新型材料，不僅繼承了MOF的良好穩(wěn)定性，而且在電化學性能、催化性能及其他方面都展現(xiàn)出廣闊的前景。本綜