英文原题：metal-Organic framework-based Materials for Energy Conversion and Storage
通讯作者：邹如强，北京大学
作者：Tianjie Qiu, Zibin Liang, Wenhan Guo, Hassina Tabassum, Song Gao and Ruqiang Zou
开发清洁高效动力转化与存储技能是处理日益严峻的动力缺少和环境污染等问题的必经之路，光/电催化动力转化和电化学储能技能是现在该范畴的研讨热门。传统光/电催化剂和储能资料依然面对孔隙率低、活性位点少、制备工艺杂乱、安稳性差等技能难题，严峻限制了其商业化使用，因而亟需开发新式动力存储与转化技能。金属有机结构(MOF)作为一类新式的无机有机杂化晶态多孔资料，具有比外表积大、孔隙率高、结构和化学组成可调等特色，其确认的原子键合方法和空间构型对活性物质中心的确认和化学反响机理的探究非常有利，在动力催化转化与存储方面展示出巨大的使用远景。此外，将MOF与金属纳米颗粒、量子点、碳纳米管等纳米资料复合构成的MOF复合物及其衍生制备的多孔碳、金属化合物等资料能够承继纯MOF高比外表积、高孔隙率的长处，并且展示出了优于纯MOF资料的导电性、光电化学特性和安稳性等特性，这使得这些MOF资料在动力存储与转化范畴体现出巨大的使用远景，引起了研讨者的广泛重视。但MOF资料在动力转化与存储范畴也面对着许多应战，经过合理规划，开发高活性、高安稳性MOF资料，对MOF资料大范围的使用于动力转化与存储技能非常要害。
图1. MOF及其衍生物用于动力存储与转化体系的优势
近来，北京大学邹如强教授应邀在ACS Energy Letters上总述了MOF资料在光/电催化以及电化学储能范畴的使用和远景，经过体系地讨论根据成分调控和纳米结构规划的工程战略，规划使用于高效动力转化与存储体系的MOF资料。
纯MOF的成分规划战略包括对其金属节点和有机配体的规划，并由此调理纯MOF资料使用于动力存储与转化时的活性中心电子结构、前进电子-空穴别离功率、添加MOF导电性以及安稳性等。纯MOF资料的成分规划战略包括引进金属节点缺陷和配体缺陷，引进润饰官能团、杂金属位点、不饱和位点以及导电骨架等手法。
图2. 对纯MOF的金属节点和有机配体进行成分规划并使用于动力存储与转化使用
图3. MOF复合物成分规划战略
MOF复合物资料使用于光/电化学动力转化与存储体系时的优势在于复合物中的不同组分能够轻松又有用地引进多功用性和协同效应，能够得到杰出的功用体现和高安稳性。MOF复合物的成分规划战略可分为两类：(1)使用MOF包覆不同客体资料如金属纳米颗粒、量子点和金属复合物分子等；(2)使用碳纳米管、石墨烯以及多孔碳等载体负载MOF。
图4. MOF衍生物成分规划战略
MOF衍生物成分规划战略首要包括：(1)以MOF为前驱体制备多孔碳；(2)以MOF为前驱体制备金属化合物；(3)以MOF为前驱体制备碳-金属复合物。在制备MOF衍生物进程中，经过对MOF前驱体金属节点和配体合理挑选以及对衍生条件(煅烧温度、气氛、溶剂热转化等)的挑选能够有用完成对MOF衍生物进行多种杂原子掺杂，然后引进活性中心，调理活性中心电子结构，一起取得高的孔隙率，加快传质进程；将MOF与不同客体资料复合衍生制备MOF衍生物，还能够得到多组分多活性中心衍生物资料，从而完成多功用性，在高功用和高安稳性动力存储与转化体系中体现出巨大潜力。
图5. MOF资料的纳米结构规划战略
MOF资料纳米结构规划战略首要在零维到三维尺度上对MOF资料描摹进行调控。经过对MOF资料制备进程的准确调控，能够得到具有零维纳米颗粒、一维纳米线、二维纳米片等描摹的 MOF资料。具有低维描摹的MOF资料能够得到更丰厚的外表，从而使活性位点富集和暴露在资料外表，充沛与外界环境触摸，然后使反响物与活性位点能够直接进行快速反响。此外，规划具有分级孔结构的MOF资料能够进一步加快物质传递进程和促进反响动力学。规划三维分级孔MOF资料能够有用防止低维资料在使用进程中因为资料堆积聚会引起的活性物质被屏蔽的缺陷，三维分级孔结构能添加资料结构安稳性，兼具快速反响动力学、高活性和高安稳性的优势，具有宽广的动力转化与存储工业化远景。
最终，作者指出尽管近些年MOF资料在动力转化与存储范畴中的使用中取得了长足的开展和注目的成果，但依然存在许多问题亟待处理：(1)纯MOF资料在苛刻电化学条件中的安稳性问题；(2)MOF与复合资料的可控制备和协同效果机制；(3)MOF衍生物衍生制备进程的准确功用调控。跟着表征技能的前进和对光/电化学原理越来越深入的了解，使用MOF资料能够有用构建成分-结构-功用联系，为构建新式高功用光/电动力转化与存储资料供给方向，最终将具有优胜光/电功用的MOF资料使用于实践工业动力转化与存储体系。
相关论文宣布在ACS Energy Letters上，北京大学博士研讨生邱天杰为文章的榜首作者，邹如强教授为通讯作者。
