中國儲能網訊：8月24日，2024碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會與新型儲能技術青年科學家論壇在深圳正式舉辦。大會開幕式上，南方科技大學講席教授徐強做了題為《金屬有機框架（MOF）材料的催化與能源應用》的主題報告演講。
金屬-有機框架材料（MOF）是由金屬離子或團簇與有機配體通過配位自組裝形成的具有周期性網絡結構的多孔材料，具有高比表面積、規(guī)則孔結構和多種功能性，是20世紀末無機化學和配位化學領域最重要的發(fā)現之一。報告人及其研究團隊對MOF相關材料的新合成法及其在催化與能源領域的應用開展了一系列探索。
MOF納米空間限域催化
“納米空間限域催化劑”通過將催化劑活性物種限制在超小空間，可實現對催化劑性能和催化劑微環(huán)境的精準調控，能夠發(fā)揮活性物種與納米空間環(huán)境的協同效應，至今已在多種多孔材料中得到了廣泛應用。報告人及其研究團隊著眼于MOF納米空間作為催化反應場，開發(fā)了一系列“MOF納米空間限域催化劑”。尤其是，針對在MOF超微孔內完全導入金屬催化劑物種極其困難的問題，將配位化學和納米技術融合，采用“雙溶劑法”將一系列金屬團簇或納米顆粒完全導入MOF超微孔內，實現了超細金屬顆粒/團簇的尺寸、結構和穩(wěn)定性以及催化劑活性和選擇性的精準調控。基于MOF納米空間限域的MOF復合材料催化劑對多種液相、固相及氣相反應具有優(yōu)異的催化性能，可應用于包括化學儲氫等多個領域。
MOF衍生制備多孔碳及其復合材料
報告人及其研究團隊開發(fā)了以MOF作為前驅體/模板制備多孔碳/納米碳材料以及準MOF（Quasi-MOF）等新的功能材料的合成方法。該合成方法具有以下特性：（1）優(yōu)異的形貌調控（Morphology control）特性。例如，使用僅具有一個配位位點的配體作為調制劑合成納米棒等低維MOF材料，并將其作為前驅體，成功合成碳納米棒等低維納米碳材料。不僅是單純的納米結構體，通過MOF納米結構體的自組裝，可進一步構筑具有高次結構的超結構體（Superstructure）。通過將這些MOF納米結構體和超結構體作為前驅體，可以構筑在通常的合成路徑中難以得到的碳納米結構體和超結構體。（2）優(yōu)異的雜原子摻雜（Heteroatom doping）和催化劑活性位點調控特性。通過在MOF的規(guī)則納米空間中引入含有雜原子的各種前驅體，可以在原子水平上對MOF衍生碳材料進行均勻雜原子摻雜。含有氮（N）和磷（P）等雜原子的MOF衍生碳載體，可通過強配位相互作用錨定金屬單原子或小團簇，從而實現催化劑活性位點的精準調控。基于MOF衍生碳載體的催化劑錨定策略已被大量研究人員所采用。
MOF具有高比表面積和多孔性等優(yōu)點的同時，框架本身所具有的金屬節(jié)點由于配體的存在難以與反應物接觸，很難直接參與催化反應。鑒于此，報告人及其研究團隊提出了“準MOF”。在中低溫區(qū)域通過部分去配體策略構建介于MOF與金屬氧化物等無機固體材料之間的準MOF材料，可以同時實現MOF的多孔結構的部分保持和客體物種（反應分子或金屬納米粒子等）與框架金屬節(jié)點的強相互作用，從而實現單一MOF或金屬氧化物無法得到的催化性能。
上述MOF衍生物材料可應用于電解水制氫，燃料電池，電池，超級電容器等多種能量轉換與存儲領域。
