金屬有機(jī)骨架(MOFs)納米纖維的宏量制備和MOF材料對(duì)水或濕度穩(wěn)定性調(diào)控研究取得重要進(jìn)展
金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)是一種由金屬離子和有機(jī)配體形成的具有多孔性的晶體材料。近年來(lái)，因其多孔及高度有序結(jié)構(gòu)，可以獲得高比表面積的多孔碳材料，而廣泛應(yīng)用于能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存領(lǐng)域。該材料的存在形式通常是一種單分散的微晶或者納米晶，以微孔的金屬有機(jī)骨架納米顆粒為結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑復(fù)雜組裝體是非常困難的，同時(shí)其衍生的材料多數(shù)缺乏形貌和孔結(jié)構(gòu)的有效控制。?
最近，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2012級(jí)博士生張旺在導(dǎo)師俞書(shū)宏教授的指導(dǎo)下，在該實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)發(fā)展的多重模板法制備系列無(wú)機(jī)納米線(xiàn)的工作基礎(chǔ)上（Acc.?Chem.?Res.?2013,?46,?1450-1461），以超細(xì)碲納米線(xiàn)為模板，成功地指引了ZIF-8(一種典型的金屬有機(jī)骨架材料)的生長(zhǎng)，首次宏量制備了高長(zhǎng)徑比以及直徑可控的金屬有機(jī)骨架納米纖維，并進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)化為多孔氮摻雜碳納米纖維。陰極電催化氧還原反應(yīng)測(cè)試研究表明，這種多孔碳納米纖維的電催化活性遠(yuǎn)高于直接碳化ZIF-8納米晶制備的微孔碳材料。通過(guò)磷元素?fù)诫s，發(fā)現(xiàn)共摻雜的碳納米纖維具有優(yōu)異的氧還原催化活性，半波電位達(dá)到?~?-0.161?V?(/Ag/AgCl)，甚至高于商業(yè)鉑碳催化劑的活性。該研究工作為制備新穎的金屬有機(jī)骨架組裝結(jié)構(gòu)及其衍生的多孔碳材料或金屬氧化物納米材料提供了一種有效的合成路徑。此成果以題為“Nanowire-Directed?Templating?Synthesis?of?Metal-Organic?Framework?Nanofibers?and?Their?Derived?Porous?Doped?Carbon?Nanofibers?for?Enhanced?Electrocatalysis”近期發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)志上(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14385-14388)?！?/p>
超細(xì)納米線(xiàn)模板法宏量制備金屬有機(jī)骨架納米纖維及衍生的多孔碳納米纖維
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通過(guò)表面疏水修飾后增強(qiáng)金屬有機(jī)骨架材料對(duì)水或濕度的穩(wěn)定性?
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此外，為解決目前大多數(shù)金屬有機(jī)骨架材料對(duì)水或濕度敏感而易引起結(jié)構(gòu)變化并失去原有多孔性的實(shí)際問(wèn)題，研究人員發(fā)現(xiàn)通過(guò)簡(jiǎn)單的氣相沉積聚二甲基硅氧烷的技術(shù)，可在金屬有機(jī)骨架晶體的表面上形成一層約10nm厚的聚二甲基硅氧烷保護(hù)層。使得原本親水的金屬有機(jī)骨架材料，轉(zhuǎn)變成具有高度疏水的特性，從而阻隔了水分子的侵入。研究發(fā)現(xiàn)，這種表面保護(hù)層的形成不會(huì)影響金屬有機(jī)骨架的晶體原有的結(jié)構(gòu)、多孔性以及催化活性位點(diǎn)的可達(dá)性(accessibility)，使得修飾后的MOFs能極好地維持其既有的氣體吸附和催化能力。研究表明，該方法可廣泛應(yīng)用于多種MOF材料的表面疏水修飾，有效增強(qiáng)其對(duì)水(或濕度)的穩(wěn)定性。該工作以“A?Facile?and?General?Coating?Approach?to?Moisture/Water-Resistant?Metal-Organic?Frameworks?with?Intact?Porosity”為題發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)志上(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16978-16981)。這項(xiàng)工作由俞書(shū)宏教授研究組和江海龍教授研究組合作而完成，共同第一作者是博士生張旺和碩士生胡應(yīng)立?！ ?/p>
上述研究受到國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金等項(xiàng)目的支持?！?/p>
(微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、科研部)
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