Adv. Funct. Mater.: 電化學性能可調的Cu-MOFs材料問世

【引言】

金屬有機骨架（簡稱MOFs）是一類高度有序的新型多孔材料，具有比表面積大、孔隙率高、功能可調、主-客體相互作用、穩定性高等獨特的物理化學性質，在氣體吸附/分離、傳感、催化等領域顯示出巨大的應用潛力。在各種應用中，MOFs的電化學應用一直非常受關注，但不幸的是MOFs需要集成或涂覆在導電襯底的表面上，才能用于電化學及相關應用。據報道，采用MOF基碳糊法制作電極雖然簡單，但其穩定性和準確性差，因而難以實用。作為一個替代方法，就是將材料直接沉積在導電基板上用于電化學氧化或還原反應，但關于不同配體對合成材料形態和電化學性能的影響、材料的穩定性等方面卻鮮有報道。

【成果簡介】

近日，華中科技大學吳康兵教授和德國錫根大學楊年俊教授（共同通訊作者）研發團隊在Adv. Funct. Mater.上發表了一篇題為“Tunable Electrochemistry of Electrosynthesized Copper Metal–Organic Frameworks”的文章。該文章中研究人員以1,3,5-苯三甲酸（BTC）、1,4-對苯二甲酸（BDC）、1,2,4,5-苯四甲酸（BTEC）為有機配體，采用簡單的電化學還原法制備出了Cu-MOFs新材料，并對該材料進行電容、電解、電催化行為、電化學穩定性等測試，研究人員發現Cu-MOFs材料的電化學性能依賴于使用的有機配體。因此，通過選擇有機配體和金屬離子設計MOFs材料性能可簡化合成過程。

【圖文導讀】

圖1 采用不同配體制備的Cu-MOFs電鏡及次級模型對比

(A、D、G) Cu-BTEC的SEM、TEM圖及該材料次級結構單元模型；

(B、E、H) Cu-BDC的SEM、TEM圖及該材料次級結構單元模型；

(C、F、I) Cu-BTC的SEM、TEM圖及該材料次級結構單元模型。

圖2 采用不同配體制備的Cu-MOFs電化學性能可調性考察

(A) 在0.1M KCl溶液中掃描速率100 mV s^?1條件下測得的(a) Cu-BTEC、(b) Cu-BDC、(c) Cu-BTC 電容伏安圖，假定該合成材料具有相同的歸一化電容，則表明該材料具有相同的表面積；

(B) 在0.1M KCl水溶液中記錄的(a)、(b)、(c)法拉第行為圖。

圖3 Cu-MOFs在傳感領域中的應用

(A) 在線性掃描伏安法記錄圖中可清晰看到尖銳的Cu-MOFs陰極峰；

(B) 安培曲線。

【小結】

在這項工作中，分別采用三種有機配位體合成Cu-MOFs，測試了合成材料形態和材料形態對其電化學性能及應用效果的影響，作者指出合成材料的電容、法拉第行為、電化學響應等性能依賴于與材料形態和暴露的銅活性位點數目，而材料形態和金屬活性受配體影響較大。采用1,3,5-苯三甲酸合成的Cu–MOFs在電催化H₂O₂還原反應中具有最佳的電化學活性，利用此優點可制備高靈敏度和高選擇性的H₂O₂電化學傳感檢測器。這項基礎工作的進行，開辟了MOFs在電化學性能可調方面的研究方法，為設計新型MOFs材料提供了思路。

文獻鏈接：Tunable Electrochemistry of Electrosynthesized Copper Metal–Organic Frameworks（Adv. Funct. Mater.，2018，DIO: 10.1002/adfm.201706961）

本文由材料人新人組王健康供稿，趙飛龍審核，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！