中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月24日，2024碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)與新型儲(chǔ)能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳正式舉辦。大會(huì)開(kāi)幕式上，南方科技大學(xué)講席教授徐強(qiáng)做了題為《金屬有機(jī)框架（MOF）材料的催化與能源應(yīng)用》的主題報(bào)告演講。
金屬-有機(jī)框架材料（MOF）是由金屬離子或團(tuán)簇與有機(jī)配體通過(guò)配位自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔材料，具有高比表面積、規(guī)則孔結(jié)構(gòu)和多種功能性，是20世紀(jì)末無(wú)機(jī)化學(xué)和配位化學(xué)領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一。報(bào)告人及其研究團(tuán)隊(duì)對(duì)MOF相關(guān)材料的新合成法及其在催化與能源領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)展了一系列探索。
MOF納米空間限域催化
“納米空間限域催化劑”通過(guò)將催化劑活性物種限制在超小空間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑性能和催化劑微環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控，能夠發(fā)揮活性物種與納米空間環(huán)境的協(xié)同效應(yīng)，至今已在多種多孔材料中得到了廣泛應(yīng)用。報(bào)告人及其研究團(tuán)隊(duì)著眼于MOF納米空間作為催化反應(yīng)場(chǎng)，開(kāi)發(fā)了一系列“MOF納米空間限域催化劑”。尤其是，針對(duì)在MOF超微孔內(nèi)完全導(dǎo)入金屬催化劑物種極其困難的問(wèn)題，將配位化學(xué)和納米技術(shù)融合，采用“雙溶劑法”將一系列金屬團(tuán)簇或納米顆粒完全導(dǎo)入MOF超微孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)金屬顆粒/團(tuán)簇的尺寸、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性以及催化劑活性和選擇性的精準(zhǔn)調(diào)控?；贛OF納米空間限域的MOF復(fù)合材料催化劑對(duì)多種液相、固相及氣相反應(yīng)具有優(yōu)異的催化性能，可應(yīng)用于包括化學(xué)儲(chǔ)氫等多個(gè)領(lǐng)域。
MOF衍生制備多孔碳及其復(fù)合材料
報(bào)告人及其研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了以MOF作為前驅(qū)體/模板制備多孔碳/納米碳材料以及準(zhǔn)MOF（Quasi-MOF）等新的功能材料的合成方法。該合成方法具有以下特性：（1）優(yōu)異的形貌調(diào)控（Morphology control）特性。例如，使用僅具有一個(gè)配位位點(diǎn)的配體作為調(diào)制劑合成納米棒等低維MOF材料，并將其作為前驅(qū)體，成功合成碳納米棒等低維納米碳材料。不僅是單純的納米結(jié)構(gòu)體，通過(guò)MOF納米結(jié)構(gòu)體的自組裝，可進(jìn)一步構(gòu)筑具有高次結(jié)構(gòu)的超結(jié)構(gòu)體（Superstructure）。通過(guò)將這些MOF納米結(jié)構(gòu)體和超結(jié)構(gòu)體作為前驅(qū)體，可以構(gòu)筑在通常的合成路徑中難以得到的碳納米結(jié)構(gòu)體和超結(jié)構(gòu)體。（2）優(yōu)異的雜原子摻雜（Heteroatom doping）和催化劑活性位點(diǎn)調(diào)控特性。通過(guò)在MOF的規(guī)則納米空間中引入含有雜原子的各種前驅(qū)體，可以在原子水平上對(duì)MOF衍生碳材料進(jìn)行均勻雜原子摻雜。含有氮（N）和磷（P）等雜原子的MOF衍生碳載體，可通過(guò)強(qiáng)配位相互作用錨定金屬單原子或小團(tuán)簇，從而實(shí)現(xiàn)催化劑活性位點(diǎn)的精準(zhǔn)調(diào)控?；贛OF衍生碳載體的催化劑錨定策略已被大量研究人員所采用。
MOF具有高比表面積和多孔性等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，框架本身所具有的金屬節(jié)點(diǎn)由于配體的存在難以與反應(yīng)物接觸，很難直接參與催化反應(yīng)。鑒于此，報(bào)告人及其研究團(tuán)隊(duì)提出了“準(zhǔn)MOF”。在中低溫區(qū)域通過(guò)部分去配體策略構(gòu)建介于MOF與金屬氧化物等無(wú)機(jī)固體材料之間的準(zhǔn)MOF材料，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)MOF的多孔結(jié)構(gòu)的部分保持和客體物種（反應(yīng)分子或金屬納米粒子等）與框架金屬節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)相互作用，從而實(shí)現(xiàn)單一MOF或金屬氧化物無(wú)法得到的催化性能。
上述MOF衍生物材料可應(yīng)用于電解水制氫，燃料電池，電池，超級(jí)電容器等多種能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)領(lǐng)域。
