中國儲能網(wǎng)訊：8月24日，2024碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會與新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳正式舉辦。大會開幕式上，南方科技大學(xué)講席教授徐強做了題為《金屬有機框架（MOF）材料的催化與能源應(yīng)用》的主題報告演講。
金屬-有機框架材料（MOF）是由金屬離子或團簇與有機配體通過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世紀末無機化學(xué)和配位化學(xué)領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一。報告人及其研究團隊對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”通過將催化劑活性物種限制在超小空間，可實現(xiàn)對催化劑性能和催化劑微環(huán)境的精準調(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。報告人及其研究團隊著眼于MOF納米空間作為催化反應(yīng)場，開發(fā)了一系列“MOF納米空間限域催化劑”。尤其是，針對在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”將一系列金屬團簇或納米顆粒完全導(dǎo)入MOF超微孔內(nèi)，實現(xiàn)了超細金屬顆粒/團簇的尺寸、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性以及催化劑活性和選擇性的精準調(diào)控?；贛OF納米空間限域的MOF復(fù)合材料催化劑對多種液相、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)儲氫等多個領(lǐng)域。
MOF衍生制備多孔碳及其復(fù)合材料
報告人及其研究團隊開發(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，使用僅具有一個配位位點的配體作為調(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MOF納米結(jié)構(gòu)體的自組裝，可進一步構(gòu)筑具有高次結(jié)構(gòu)的超結(jié)構(gòu)體（Superstructure）。通過將這些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）和催化劑活性位點調(diào)控特性。通過在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MOF衍生碳材料進行均勻雜原子摻雜。含有氮（N）和磷（P）等雜原子的MOF衍生碳載體，可通過強配位相互作用錨定金屬單原子或小團簇，從而實現(xiàn)催化劑活性位點的精準調(diào)控。基于MOF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)點的同時，框架本身所具有的金屬節(jié)點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，報告人及其研究團隊提出了“準MOF”。在中低溫區(qū)域通過部分去配體策略構(gòu)建介于MOF與金屬氧化物等無機固體材料之間的準MOF材料，可以同時實現(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)點的強相互作用，從而實現(xiàn)單一MOF或金屬氧化物無法得到的催化性能。
上述MOF衍生物材料可應(yīng)用于電解水制氫，燃料電池，電池，超級電容器等多種能量轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域。
