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ACS Nano刊發石大團隊MOFs可控堿解制備超級電容器電極材料研究成果

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年06月18日  

材料科學與工程學院孫道峰教授與美國德州農工大學周宏才教授合作,在MOFs可控堿解制備超級電容器電極材料方面取得突破性進展。相關論文《金屬-有機框架物的可控水解:Ni/Co層狀雙金屬氫氧化物多級微球用于高性能超級電容器》(ControlledHydrolysisofMetal–OrganicFrameworks:HierarchicalNi/Co-LayeredDoubleHydroxideMicrospheresforHighPerformanceSupercapacitors)于2019年6月被材料領域權威國際期刊ACSNano刊發。

我校博士生肖振宇、碩士生梅英杰為共同第一作者,孫道峰教授與周宏才教授為共同通訊作者,中國石油大學(華東)為第一署名單位。

近年來,金屬-有機框架(MOFs)作為一種新型的多孔材料,因其超高的比表面積、豐富的孔結構以及高分散的金屬中心等特點,被認為是一種理想的制備納米氧化物材料、多孔碳材料以及復合材料的前驅體。

目前,MOFs衍生材料的制備方法多局限于傳統的熱解策略,由于反應在高溫條件下進行,過程復雜,可控性差,且對氣體環境異常敏感,極易造成骨架坍塌、金屬中心團聚和孔結構堵塞等現象;同時熱解過程必然導致MOFs中昂貴有機配體的分解,以及有毒有害氣體的排放,增加了合成過程的經濟和環境成本,限制了其大規模工業化應用的可能。

基于上述問題,孫道峰團隊采用堿解(堿性條件下水解)策略,以配位能力相對較強的OH-陰離子逐漸替換MOFs中有機配體陰離子,最終實現溫和可控條件下的MOFs衍生納米材料的制備。實驗中首次通過同位素追蹤技術追蹤反應過程,深度揭示了反應機理,結果表明MOFs中的μ3-OH橋連金屬簇在“共型轉變”過程中發揮著至關重要的作用,為MOFs衍生材料的可控堿解提供了有效指導。

堿解法制備的Ni/Co-LDH-7:3樣品,具有獨特的微孔-介孔復合孔道結構,超高的比表面積以及Ni/Co雙金屬協同效應,因此具有優異的超級電容器性能,在1Ag-1電流密度下表現出1652Fg-1的比容量。同時,游離至溶液中的有機配體陰離子,可以通過酸化處理回收,用于循環生產,降低污染和生產成本。這一溫和、可控以及經濟性的合成策略還可以拓展到其他雙金屬體系,為功能性MOFs衍生物的電化學應用提供指導。

審稿專家對該科研成果給予高度評價,認為該成果選擇的堿性水解策略,可以有效的保持MOFs的原始形貌和多孔性,反應過程非常簡單,并且可以回收有機配體,具有重要的科研和實踐意義。這一科研成果可以促進MOFs及其衍生材料在能源領域的應用研究。

ACSNano是美國化學會主辦的權威國際期刊,在化學、材料及能源領域具有很強的影響力,對研究內容的前沿性要求極為嚴格,最新影響因子為13.709。

孫道峰團隊近年來開展了對簇基MOFs的構筑及性能研究。相關研究論文先后發表在Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,5095、J.Am.Chem.Soc.2018,140,10814、J.Mater.Chem.A2018,6,24486、Chem.Eur.J.2018,24,2137、Inorg.Chem.Front.2018,5,2445、J.Am.Chem.Soc.2019,141,17,6967-6975等刊物上。

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