基于金屬有機(jī)框架中空材料的研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-11-19 23:56
金屬有機(jī)框架（MOFs）中空材料因其大的比表面積、低密度、較高的負(fù)載能力和良好的離子滲透性,如氫氧化物、磷化物、硫化物等納米材料,在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有良好的發(fā)展前景。本文主要總結(jié)了基于不同形貌MOFs中空材料的制備途徑和形成機(jī)理,著重介紹了其在超級(jí)電容器、鋰離子電池和電催化等方面的應(yīng)用,最后論述了基于MOFs中空材料的未來(lái)發(fā)展前景和挑戰(zhàn)。
【文章來(lái)源】：應(yīng)用化學(xué). 2020,37(11)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)
【部分圖文】：
(a)單孔結(jié)構(gòu)的Co/NC中空球形成過(guò)程[25]; (b)雙層中空NiCo-LDHs的合成圖[26]; (c)利用乳液法制備中空Z(yǔ)IF-8納米球的工藝流程[28]; (d)中空Co-Fc-HCPS微球的Ostwald Ripening機(jī)理形成過(guò)程[34]
1.1.6 Kirkendall關(guān)于由納米尺度Kirkendall效應(yīng)產(chǎn)生空心結(jié)構(gòu)的報(bào)道主要集中在純金屬或金屬氧化物上,這些材料表面沒(méi)有不均勻的碳層包覆或碳與金屬界面的存在,因此金屬原子在不同位置的擴(kuò)散速率是均勻的,由此產(chǎn)生大小均勻的空心球[37-38]。 與之不同的是,Guan等[39]合成了Co-MOF衍生的分級(jí)Co3O4納米球嵌入氮摻雜碳納米陣列材料(NC-Co3O4/CC)(圖2(a))。 盡管Co納米顆粒在氧化過(guò)程中仍會(huì)發(fā)生納米尺度的Kirkendall效應(yīng),但由于其表面存在碳-金屬相互作用,會(huì)使得原子和離子的擴(kuò)散變得不均勻,從而形成了不規(guī)則空心球結(jié)構(gòu)。 Park等[40]采用MIL-88為模板和前驅(qū)體,在H2/Ar氣氛下進(jìn)行還原和碳化得到了棒狀結(jié)構(gòu)的鐵@石墨化碳(Fe@GC),再經(jīng)過(guò)300 ℃下Fe晶體氧化成了空心Fe2O3納米球。 研究表明,在氧化過(guò)程中由于鐵離子具有小的半徑導(dǎo)致其向外擴(kuò)散的速度比氧氣向內(nèi)擴(kuò)散快[41],金屬鐵納米晶體發(fā)生納米級(jí)Kirkendall擴(kuò)散先被轉(zhuǎn)化為Fe@Fe2O3核殼結(jié)構(gòu),通過(guò)相互擴(kuò)散導(dǎo)致在Fe/Fe2O3界面處孔隙空間的出現(xiàn),最后形成了中空Fe2O3納米球。 類似地,在H2/Ar氣氛下,采用硒化法制備了金屬鐵納米晶完全轉(zhuǎn)化成空心FeSe2納米球,從而制備了中空硒化鐵/石墨化碳材料(H-FeSe2/GC)。
MOFs作為前驅(qū)體直接經(jīng)過(guò)高溫進(jìn)行催化熱解反應(yīng),已成功地應(yīng)用于中空結(jié)構(gòu)的合成。 Wu等[47]采用硫粉在600 ℃下,對(duì)ZIF-67同時(shí)進(jìn)行熱解和硫化,得到了中空硫化鈷@多孔碳多面體/碳納米管復(fù)合材料(CoS@PCP/CNTs)(圖3(b))。 在高溫下,ZIF-67表面游離的Co2+與硫粉反應(yīng)生成CoS納米顆粒;由于CoS納米顆粒具有較強(qiáng)的催化活性,使得MOFs上的有機(jī)物被催化成氮摻雜的碳納米管(N-CNTs)。 高活性的金屬納米顆粒在表面區(qū)域優(yōu)先形成,由其催化產(chǎn)生的N-CNTs生長(zhǎng)方向是從內(nèi)到外,進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部空腔的產(chǎn)生。 Xu等[48]通過(guò)對(duì)ZIF-67在N2中高溫碳化,自催化熱解生成了中空碳-氧化鈷(Co3O4-x-Carbon)多面體,同時(shí)Co3O4的表面被碳還原,產(chǎn)生了氧空位特性,為Fe2-yCoyO3納米線的生長(zhǎng)提供了成核位點(diǎn)和生長(zhǎng)平臺(tái),最后得到三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Co3O4-x-Carbon@Fe2-yCoyO3中空多面體(圖3(c))。1.2.3 刻蝕法
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬有機(jī)框架材料UTSA-74高效去除水溶液中的砷[J]. 余文婷,張慧,孫玉珍,吳昊,羅明標(biāo). 應(yīng)用化學(xué). 2020(02)
[2]金屬有機(jī)骨架材料MIL-101及其改性材料去除環(huán)境污染物的研究進(jìn)展[J]. 于航,王茜子,朱緒婭,劉夏晴,楊慧,李鳳祥. 應(yīng)用化學(xué). 2019(11)
[3]Cu2O@HKUST-1前驅(qū)物法合成CuO中空管狀超級(jí)結(jié)構(gòu)及其CO催化氧化性能[J]. 劉婷,李經(jīng)緯,劉永鑫,王成. 應(yīng)用化學(xué). 2018(06)
[4]噴霧干燥法制備中空偏鎢酸銨球及中空結(jié)構(gòu)形成機(jī)理[J]. 張麗娜,蘇琪,楊高玲,石安紅,劉柏雄. 粉末冶金工業(yè). 2017(04)
本文編號(hào)：3506143
【文章來(lái)源】：應(yīng)用化學(xué). 2020,37(11)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)
【部分圖文】：
(a)單孔結(jié)構(gòu)的Co/NC中空球形成過(guò)程[25]; (b)雙層中空NiCo-LDHs的合成圖[26]; (c)利用乳液法制備中空Z(yǔ)IF-8納米球的工藝流程[28]; (d)中空Co-Fc-HCPS微球的Ostwald Ripening機(jī)理形成過(guò)程[34]
1.1.6 Kirkendall關(guān)于由納米尺度Kirkendall效應(yīng)產(chǎn)生空心結(jié)構(gòu)的報(bào)道主要集中在純金屬或金屬氧化物上,這些材料表面沒(méi)有不均勻的碳層包覆或碳與金屬界面的存在,因此金屬原子在不同位置的擴(kuò)散速率是均勻的,由此產(chǎn)生大小均勻的空心球[37-38]。 與之不同的是,Guan等[39]合成了Co-MOF衍生的分級(jí)Co3O4納米球嵌入氮摻雜碳納米陣列材料(NC-Co3O4/CC)(圖2(a))。 盡管Co納米顆粒在氧化過(guò)程中仍會(huì)發(fā)生納米尺度的Kirkendall效應(yīng),但由于其表面存在碳-金屬相互作用,會(huì)使得原子和離子的擴(kuò)散變得不均勻,從而形成了不規(guī)則空心球結(jié)構(gòu)。 Park等[40]采用MIL-88為模板和前驅(qū)體,在H2/Ar氣氛下進(jìn)行還原和碳化得到了棒狀結(jié)構(gòu)的鐵@石墨化碳(Fe@GC),再經(jīng)過(guò)300 ℃下Fe晶體氧化成了空心Fe2O3納米球。 研究表明,在氧化過(guò)程中由于鐵離子具有小的半徑導(dǎo)致其向外擴(kuò)散的速度比氧氣向內(nèi)擴(kuò)散快[41],金屬鐵納米晶體發(fā)生納米級(jí)Kirkendall擴(kuò)散先被轉(zhuǎn)化為Fe@Fe2O3核殼結(jié)構(gòu),通過(guò)相互擴(kuò)散導(dǎo)致在Fe/Fe2O3界面處孔隙空間的出現(xiàn),最后形成了中空Fe2O3納米球。 類似地,在H2/Ar氣氛下,采用硒化法制備了金屬鐵納米晶完全轉(zhuǎn)化成空心FeSe2納米球,從而制備了中空硒化鐵/石墨化碳材料(H-FeSe2/GC)。
MOFs作為前驅(qū)體直接經(jīng)過(guò)高溫進(jìn)行催化熱解反應(yīng),已成功地應(yīng)用于中空結(jié)構(gòu)的合成。 Wu等[47]采用硫粉在600 ℃下,對(duì)ZIF-67同時(shí)進(jìn)行熱解和硫化,得到了中空硫化鈷@多孔碳多面體/碳納米管復(fù)合材料(CoS@PCP/CNTs)(圖3(b))。 在高溫下,ZIF-67表面游離的Co2+與硫粉反應(yīng)生成CoS納米顆粒;由于CoS納米顆粒具有較強(qiáng)的催化活性,使得MOFs上的有機(jī)物被催化成氮摻雜的碳納米管(N-CNTs)。 高活性的金屬納米顆粒在表面區(qū)域優(yōu)先形成,由其催化產(chǎn)生的N-CNTs生長(zhǎng)方向是從內(nèi)到外,進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部空腔的產(chǎn)生。 Xu等[48]通過(guò)對(duì)ZIF-67在N2中高溫碳化,自催化熱解生成了中空碳-氧化鈷(Co3O4-x-Carbon)多面體,同時(shí)Co3O4的表面被碳還原,產(chǎn)生了氧空位特性,為Fe2-yCoyO3納米線的生長(zhǎng)提供了成核位點(diǎn)和生長(zhǎng)平臺(tái),最后得到三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Co3O4-x-Carbon@Fe2-yCoyO3中空多面體(圖3(c))。1.2.3 刻蝕法
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬有機(jī)框架材料UTSA-74高效去除水溶液中的砷[J]. 余文婷,張慧,孫玉珍,吳昊,羅明標(biāo). 應(yīng)用化學(xué). 2020(02)
[2]金屬有機(jī)骨架材料MIL-101及其改性材料去除環(huán)境污染物的研究進(jìn)展[J]. 于航,王茜子,朱緒婭,劉夏晴,楊慧,李鳳祥. 應(yīng)用化學(xué). 2019(11)
[3]Cu2O@HKUST-1前驅(qū)物法合成CuO中空管狀超級(jí)結(jié)構(gòu)及其CO催化氧化性能[J]. 劉婷,李經(jīng)緯,劉永鑫,王成. 應(yīng)用化學(xué). 2018(06)
[4]噴霧干燥法制備中空偏鎢酸銨球及中空結(jié)構(gòu)形成機(jī)理[J]. 張麗娜,蘇琪,楊高玲,石安紅,劉柏雄. 粉末冶金工業(yè). 2017(04)
本文編號(hào)：3506143
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