Micro/Nano-Scaled Metal-Organic Frameworks and Their Derivatives for Energy Applications單位：日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，日本京都大學(xué)，南方科技大學(xué)近年來，合成具有可控形態(tài)Metal-Organic Framework（MOF）及其衍生物的微/納米結(jié)構(gòu)引起了人們越來越多的關(guān)注。尤其是在催化，能量存儲和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域中顯示出巨大的潛力。基于此，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所-京都大學(xué)化學(xué)能源材料開放創(chuàng)新實驗室的徐強(qiáng)教授（現(xiàn)南方科技大學(xué)），在國際知名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表題為“Micro/Nano-Scaled Metal-Organic Frameworks and Their Derivatives for Energy Applications”的綜述文章。該文章總結(jié)了在微米/納米尺度上設(shè)計和合成1D，2D和3D MOF納米結(jié)構(gòu)及其衍生物，并歸納了其在催化應(yīng)用，包括電催化和光催化，以及諸如電池和超級電容器的儲能的研究進(jìn)展。同時討論了該領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。圖1. MOF及其衍生物的微/納米結(jié)構(gòu)與能源應(yīng)用一維：由于一維納米結(jié)構(gòu)具有獨特的各向異性，一維MOF納米材料的合成和應(yīng)用備受關(guān)注。選擇合適的有機(jī)配體和無機(jī)金屬離子，可以獲得特定一維納米MOF材料，如納米線、納米棒、和納米纖維等。合成方法主要分為：調(diào)制法、模板法、重結(jié)晶法、微乳液法等。二維：得益于其高寬比和豐富的活性中心，超薄的單層或多層二維MOF納米結(jié)構(gòu)在催化、傳感等電化學(xué)應(yīng)用中具有重要的意義。近十年來，人們開發(fā)了多種控制二維納米結(jié)構(gòu)形成的新方法。其中可分為自下而上法和自上而下法，自下而上法側(cè)重于界面合成和調(diào)制合成，而自上而下法是通過剝離大塊MOF，包括機(jī)械或化學(xué)剝落等獲得二維MOF納米結(jié)構(gòu)。三維：三維MOF主要涉及中空或三維納米顆粒組裝的MOF納米結(jié)構(gòu)，后者通常由形態(tài)簡單的特定MOF組裝構(gòu)建而成，例如納米顆粒，納米棒和納米片。然而，在微納尺度上設(shè)計和合成一個結(jié)構(gòu)優(yōu)良且性能優(yōu)異的三維MOF仍然困難，特別是對于由具有有序形態(tài)的簡單構(gòu)建單元構(gòu)成的超結(jié)構(gòu)材料。目前，較為成熟的三維微納MOF納米結(jié)構(gòu)合成策略有模板法、刻蝕和自組裝等合成策略。二維：常見有納米片、納米薄片、納米片和納米膜等，通常利用自模板法和外部模板法等；三維：中空、陣列、超結(jié)構(gòu)以及一維納米材料交聯(lián)的3D框架等。該綜述對上述材料的制備方法均進(jìn)行了系統(tǒng)分類和舉例討論。圖2. A) 棒狀MOF-74納米晶制備石墨烯納米帶；B) 異原子法在碳層上制備鐵雙原子。近年來，這類材料以其良好的多孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、簡單的傳質(zhì)途徑和均勻分散的金屬活性中心等特點，在電池、超級電容器和催化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在這篇綜述中，作者總結(jié)了1D，2D和3D MOF納米結(jié)構(gòu)及其衍生物的一般合成策略的最新進(jìn)展。我們還嘗試揭示形貌與特性之間的關(guān)系例如：（I）具有高縱橫比和表面積的多樣納米級形貌-容納了許多易于接近的金屬位點并促進(jìn)了物質(zhì)轉(zhuǎn)移；（II）活性部位的方向和空間位置可控-提供電池的協(xié)同催化和化學(xué)反應(yīng)；（III）活性位點周圍可調(diào)節(jié)的微環(huán)境-極大地提高了反應(yīng)活性和/或選擇性；（IV）從根本上講，結(jié)構(gòu)明確的初始MOF結(jié)構(gòu)-在深入了解結(jié)構(gòu)-屬性關(guān)系方面提供了很多可能性。當(dāng)然，必須指出的是，盡管已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，但基于MOF的電極納米結(jié)構(gòu)仍處于起步階段，因此依然面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。例如，初始MOF有限的穩(wěn)定性（特別是在堿性/酸性條件下）和較差的電導(dǎo)率阻礙了其進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。特別是，當(dāng)前報道的MOF的穩(wěn)定性難以滿足工業(yè)要求。顯然，微納尺度MOF衍生物作為電極材料似乎具有廣闊的前景，而其低產(chǎn)率和高成本顯然不利于實際應(yīng)用。簡而言之，人們需要付出更多努力進(jìn)一步研究和了解微納尺度MOF基材料，進(jìn)而指導(dǎo)未來納米材料的設(shè)計和制備，以實現(xiàn)更加有效和穩(wěn)定的化學(xué)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
Micro/Nano-Scaled Metal-Organic Frameworks and Their Derivatives for Energy Applicationshttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.2020039702015年于中山大學(xué)取得博士學(xué)位，指導(dǎo)老師為陳小明院士和張杰鵬教授。2015年至2017年進(jìn)入鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院任教。自2017年8月赴日本徐強(qiáng)教授課題組，即日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(AIST)-京都大學(xué)化學(xué)能源材料創(chuàng)新實驗室工作。研究方向為基于金屬有機(jī)框架(MOF)的多功能材料。徐強(qiáng) 教授，日本工程院院士，印度國家科學(xué)院院士，歐洲科學(xué)院院士，南方科技大學(xué)講席教授。1994年于日本大阪大學(xué)獲理學(xué)博士學(xué)位。先后任日本國立產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所（AIST）首席研究員， AIST-京都大學(xué)能源化學(xué)材料開放創(chuàng)新實驗室主任，神戶大學(xué)兼職教授，京都大學(xué)兼職教授。2020年加盟南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系。主要從事化學(xué)相關(guān)的納米多孔材料及其催化與能源應(yīng)用研究。至今發(fā)表論文430余篇，被引用超過39000次，H因子103 (Web of Science)。2014-2020 年連續(xù)七年入選湯森路透-科睿唯安(Thomson Reuters/Clarivate Analytics)高被引科學(xué)家稱號，2012年獲湯森路透社前沿科學(xué)獎（Thomson Reuters Research Front Award），2019年獲洪堡研究獎（Humboldt Research Award）及市村獎地球環(huán)境學(xué)術(shù)獎(Ichimura Prize)。擔(dān)任多個雜志的編輯或編委，如EnergyChem (Elsevier)主編，Coordination Chemistry Reviews (Elsevier)副主編，Chem (Cell Press)，Matter (Cell Press)，Chemistry-an Asian Journal (Wiley), Small Structures (Wiley), ChemNanoMat (Wiley), Advanced Sustainable Systems (Wiley)等顧問委員。
