南京工业大学张伟娜/霍峰蔚/张所瀛Angew.：剥离制备2D MOF纳米片电催化OER

研究内容

材料的结构和性能由多种化学键的形成和断裂机制决定，这在很大程度上推动了选择性控制化学键以获得具有特定特性的材料的发展。

南京工业大学张伟娜、霍峰蔚和张所瀛 通过平衡热分解和液氮剥离的过程，证明了一种定向干预键断裂策略用于合成超薄金属有机框架(MOF)纳米片。经过五个处理周期制备的MOF纳米片主要由厚度小于10 nm的纳米片组成。由于没有封端剂的超薄厚度提供了改进的电荷转移效率和密集的暴露活性位点，MOF纳米片在析氧反应(OER)中表现出增强的催化性能。相关工作以“ Exfoliation of Metal-Organic Frameworks to Give 2D MOF Nanosheets for the Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者展示了一种通过本体MOFs的选择性热分解和液氮(L-N 2 )剥离来制备2D MOF纳米片的新策略。

要点2. 为了成功剥离大块MOFs，首先采用合适的温度热处理来选择性地削弱层间结合，同时保持层状MOFs内层内结合的稳定性。随后，必须立即将所得产物浸入L-N 2 中，直到发生完全液化，防止弱化的层间结合恢复并阻碍成功剥离。L-N 2 的分子大小适合插入MOFs的结构中以实现有效的渗透和剥离。。

要点3. L-N 2 在化学上是稳定的，其分子不会与MOFs内的有机配体和金属离子强烈相互作用。经过几个循环后，层状MOFs可以很容易地剥离成超薄纳米片, 主要由厚度小于10nm的纳米片组成。由于没有封端剂的超薄厚度提供了改进的电荷转移效率和密集的暴露活性位点，MOF纳米片在析氧反应中表现出增强的催化性能。

这一策略强调了化学键定向干预对设计创新材料的重要性。

研究图文

图1. 通过热处理和液氮剥离制备2D MOF纳米片的示意图。

图2.（a）大块CuBDC的SEM。（b）热处理和液氮剥离后的CuBDC-1的SEM。（c） CuBDC-5纳米片的TEM。（d）CuBDC本体和CuBDC-5纳米片的X射线衍射图。（e）具有相应高度的剥离CuBDC-5纳米片的AFM。

图3.（a）CuBDC在热处理和液氮剥离前后的配位结构。CuBDC在空气下热处理期间的（b）TGA/DTG和（c）MS曲线。（d）CuBDC-5在不同温度下的红外光谱。（e）大块CuBDC在150°C下的原位FTIR光谱。（f）在没有L-N 2 的情况下，在150°C下处理的大块CuBDC的SEM。（g）CuBDC-5纳米片在150°C和L-N 2 处理下5次循环后的TEM。

图4. 大块CuBDC和剥离CuBDC-5的结构表征。

图5. 探索不同材料策略的普遍性。

文献详情

Exfoliation of Metal-Organic Frameworks to Give 2D MOF Nanosheets for the Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction

Peng Wu, Shuang Geng, Xinyu Wang, Xinglong Zhang, Hongfeng Li, Lulu Zhang, Yu Shen, Baoli Zha, Suoying Zhang,* Fengwei Huo,* Weina Zhang*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202402969