淺談基于羧酸類(lèi)配體的金屬有機(jī)框架(MOFs)材料的合成及其電化學(xué)性能研究

基于羧酸類(lèi)配體的金屬有機(jī)框架(MOFs)材料的合成及其電化學(xué)性能研究基于羧酸類(lèi)配體的金屬有機(jī)框架（MOFs）作為一種新興的多孔材料，其規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)、高的比表面積和可調(diào)控的化學(xué)性質(zhì)，使其在能源、催化、分離和吸附等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文將從合成方法和電化學(xué)性能研究?jī)煞矫孢M(jìn)行淺談。

一、合成方法

MOFs的合成方法和工藝條件對(duì)于該類(lèi)材料在性質(zhì)和應(yīng)用上具有決定性作用。本文聚焦于研究高度可控的水熱合成方法。

水熱方法是制備MOFs的常見(jiàn)方法之一，其基本原理是在高壓、高溫下的水性溶液中催化反應(yīng)，通過(guò)金屬離子和有機(jī)配體的配位作用自組裝成為大分子物質(zhì)。水熱法合成MOFs的優(yōu)勢(shì)是水易于溶解大多數(shù)配體和金屬離子，反應(yīng)溫和，適用于不同結(jié)構(gòu)的配體和金屬離子。

在水熱反應(yīng)中，考慮到硫酸根陰離子與金屬離子可能發(fā)生配位反應(yīng)，需要采用無(wú)硫化配體的合成方法。在已有的研究中，一些高分子和低分子羧酸有機(jī)分子已被成功用作MOFs的制備配體。以丙烯酸為例，通過(guò)與氧氣、氫氧化鈉反應(yīng)，制備過(guò)程中最終形成吸附空間較大的MOFs。

二、電化學(xué)性能研究

MOFs的電化學(xué)性能研究近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。由于其多孔性、雙電子輸運(yùn)機(jī)制和調(diào)控分子間距離、分子間相互作用的特性，MOFs在電化學(xué)催化、電化學(xué)傳感、電化學(xué)儲(chǔ)能和導(dǎo)電性等領(lǐng)域均具有潛在應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，本文將介紹電化學(xué)催化和電化學(xué)存儲(chǔ)能力方面的研究進(jìn)展。

1.電化學(xué)催化

MOFs作為催化材料在電化學(xué)催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。MOFs的多孔結(jié)構(gòu)和特殊性質(zhì)被認(rèn)為是一種重要的特征，能夠使其與金屬、碳等天然的催化劑相比具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)和催化性能。

有研究表明，MOFs中的羧酸類(lèi)配體可以由于其空間導(dǎo)向性，將金屬離子催化劑集中在特定的位置上，形成超穩(wěn)定催化劑，提高了催化劑的活性和選擇性。例如，某些MOFs的羧酸基團(tuán)為缺失的碳原子的模型，MOREMOF-3催化合成了具有更高的催化活性和選擇性的亞硝酰硫脲和碳酸氫酯的1,3-偶極反應(yīng)。

2.電化學(xué)儲(chǔ)能能力

MOFs在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域也顯示出良好的性能，主要是由于其高的比表面積和可調(diào)控的化學(xué)性質(zhì)以及孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。MOFs可以作為超級(jí)電容器、鋰離子電池和鋰硫電池的電極材料，其中鋰硫電池是MOFs材料最吸引人的應(yīng)用之一。

研究表明，MOFs材料的電化學(xué)表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)電化學(xué)材料。例如，建立的鈷-羧酸類(lèi)MOFs材料在處理離子流動(dòng)時(shí)均對(duì)其進(jìn)行有效的延遲，同時(shí)極化了其表面并將離子緩慢地轉(zhuǎn)移到電極表面。因此，分別在銀和鉑電極上，MOFs材料的比電容分別達(dá)到了414和168F/g，這是一個(gè)很好的結(jié)果。

綜上，基于羧酸類(lèi)配體的金屬有機(jī)框架（MOFs）作為空間組裝功能材料，其微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和應(yīng)用性能取決于選擇配體的類(lèi)型以及其尺寸