2022-11-06
近年来，以锌基、钴基沸石咪唑酯骨架（ZIF）结构类的 MOF体系为代表，围绕其衍生纳米材料，分别从成分调控和微观结构设计两方面涌现出了大量研究成果。但目前由于对MOF 热解过程、热解中金属节点的演变过程及金属节点演变对孔道形成的影响机制仍不清晰，从而导致通过热解MOF 衍生有序介孔纳米材料仍然富有挑战性。
团队成员张鸿系统地研究了锌基MOF纳米片的原位热解过程，提出了前驱体铜掺杂实现一步热解MOF衍生狭缝状有序介孔碳基纳米材料的调控方法。获得的有序介孔衍生物作为电极材料，展示出对多价金属离子在水系环境中电化学存储具有普适性。
文章要点：
1）突破了MOF衍生物在成分和形貌上的设计维度，为开发MOF衍生有序介孔材料提供了新思路。制备的有序介孔衍生纳米材料具有独特的狭缝状孔道结构，孔道联通性好，孔径分布均匀（10-20nm），比表面积约910 m2 g-1。
2）研究了MOF衍生物有序孔道的原位形成机制，通过原位XRD、准原位TEM及理论计算模拟等研究分析，揭示了铜离子在热解过程中对有机配体解离的定向诱导作用，导致了MOF衍生物狭缝状有序介孔的形成。
3）获得的MOF衍生狭缝状有序介孔碳纳米片材料作为电极，展示出对Mg2+, Ca2+, Co2+, Ni2+, Al3+，Zn2+等多价金属离子在水系中具有普适的电化学存储性能。作为示范，用此材料装配的锌离子杂化电容器在0.5 A g-1下比容量达134 mAh g-1，且倍率性能优异，在电流提高到100倍，即50 A g-1下，比容量保持率仍不小于60%。同时，在大电流密度下（32 A g-1），稳定循环超过4万圈，连续弯折1千次，比容量保持率不低于94%。
这项工作提出了MOF衍生有序介孔材料的设计新维度，阐明了MOF热解过程掺杂铜离子的定向诱导机制，为设计高性能MOF衍生纳米电极材料提供了新思路。
全文下载地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206277
