驚呆了！看看科學家怎么用MOF轉化制備石墨烯納米帶和碳納米棒！

一維和二維碳材料由于其具有獨特的性質，近些年受到廣泛關注和研究，有望在很多領域取得很好的應用。然而，現有的制備低維碳納米材料的方法大多比較復雜，面臨制備過程耗能高、不能大規模制備等問題。因此，開發一種節能，簡單，能夠規模生產的方法顯得尤為重要。

近日，日本國家先進工業科學技術研究所（AIST）Qiang Xu 等人報道了一種以金屬有機框架MOF為自模板，在不需要任何催化劑的情況下，通過簡單的保形熱處理的技術，成功將MOF轉化為碳納米棒。制備的碳納米棒經過簡單的超聲剝離和KOH化學活化處理后，成功轉化為2-6層石墨烯納米帶。

制備方法?

首先使用乙酸鋅和2,5-二羥基對苯二甲酸 在水楊酸的調節下合成一維棒狀的MOF-74經過高溫熱解碳化，形成一維的碳棒（GNRod），最后超聲剝離并利用KOH活化形成石墨烯納米帶（GNRid）。

結構表征

B圖為MOF-74的晶體結構單元，藍色代表Zn,灰色代表C，紅色代表O；C圖為理論計算和實際測試的MOF-74的XRD，結果較為一致，說明成功制備出純相的MOF-74; D圖G圖分別為MOF-74以及制備出的GNRod 和 GNRid 的N2吸附脫附測試，可以看出經過碳化以及活化等處理后，制備出的材料比表面積明顯提高；E圖為GNRod 和 GNRid以及多孔碳的XRD分析，在25°、44°都具有石墨碳的特征峰，說明在高溫處理時，金屬Zn已經被完全去除；f 圖為三種碳的拉曼圖譜，同樣都出現了碳材料的D峰、G峰，ID/IG比值比較接近，說明此方法合成的過程中沒有破壞碳的品質。

演變過程

a、b、c分別為不同區域的MOF-74-Rod 掃描電鏡圖，說明了合成棒狀MOF的均一性；e-g和i-k為氬氣環境下1000℃碳化后得到的碳納米棒不同區域的掃描電鏡和透射電鏡圖，可以看出熱解后的樣品很好地保持了原有的棒狀結構；i-n和p-r為剝離活化后得到的石墨烯納米帶不同區域的掃描電鏡和透射電鏡圖，清晰地顯示了納米帶的結構。O圖為石墨烯納米帶的AFM圖，可以看出大多數片層在2-6層之間，50-70 nm寬，100-150 nm 長。

A圖：一個簡單超級電容器電池的概念模型圖（電解質省略）。B圖：GNRid，GNRod和MPC的電流 - 電壓特性圖比較，表明解體以及退火促使墨納米帶的導電性提高。C圖：GNRid，GNRod和MPC的比電容與掃描速率的函數關系,在 10 mV s?1的掃速下具有最高的電容，達到了193 F g?1，當掃速增加到400 mV s?1時，電容下降了35%，為123 F g?1。

超級電容器性能

d、e、f圖分別為石墨納米帶，碳納米棒和MPC在不同掃速下的循環伏安（CV）圖；g圖為恒定電流下充電放電比較，可以看出石墨烯納米帶具有最好的電容性能；h圖為石墨烯納米帶和碳納米棒的阻抗譜圖，其中石墨烯納米帶具有較低的電阻；i圖看出石墨烯納米帶和碳納米棒的相位角接近于90°，內置圖片為擬合的電極電解液界面等效電路圖。

石墨烯納米帶，碳納米棒，多孔碳作為超電容電極材料性能對比。可以看出由于石墨烯納米帶具有層狀結構，有益于離子的進入，具有更好的導電性快速傳遞電子的能力，增強了相互間的連通性具有最好的超電容性能。

總結展望

本文介紹了一種簡單、實用、有效的方法制備是一維石墨烯納米帶和碳納米棒，使得石墨烯在低能耗的基礎上大規模制備成為可能。同時，作者發現制備的一維碳材料展現除了極其優越的的電化學性能，非常適合用以超級電容器的電極材料。該工作為有效制備一維二維碳材料提供了新思路，可以引導我們發展更多簡單有效的方法，在能源器件領域具有更多更好的應用。

該工作發表于最新一期nature chemistry，原文鏈接：Fabrication of carbon nanorods and graphene nanoribbons from a metal–organic framework

該文獻解讀由材料人新能源學術小組 小峰 供稿，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，若想參與新能源文獻解讀和文獻匯總、新能源知識科普和深度挖掘新能源學術產業信息，請加qq 2728811768。

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