《德累斯顿工业大学:二维共轭金属有机框架电催化》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2022-01-26
  • 电催化剂是可再生能源转换体系的核心部件,促进关键电化学反应,从而提高能源转换效率,比如电解水中的氧气和氢气析出,二氧化碳还原,燃料电池中的氧还原反应等。金属有机框架(MOFs)材料具有高比表面积和孔隙率,丰富的金属中心,可调控的组成/结构等优点,成功应用于气体吸附,传感器,电磁,催化等领域。在电催化中,MOFs材料成为构建高效催化体系,同时深入开展催化机理研究的最佳选择。但传统MOF的绝缘体性质严重制约了其电催化应用。近年来发展的二维共轭金属有机框架(2D c-MOFs)材料,结构独特(高平面共轭以及弱层间堆积),突破了传统MOFs在电催化中的阻碍,呈现出高导电性,在构建高效原子级催化剂和机理研究中取得进展。鉴于此,德累斯顿工业大学冯新亮、董人豪团队受邀在ACS NANO上发表题为“Two-Dimensional Conjugated Metal−Organic Frameworks for Electrocatalysis: Opportunities and Challenges”的综述文章,介绍了二维共轭金属有机框架材料(2D c-MOFs)在电催化中的发展,涵盖2D c-MOFs化学结构和合成方法,电催化功能设计及重要电催化应用进展。

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  • 《化学所二维共价有机框架/石墨烯复合薄膜材料制备获进展》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-12-04
    • 研究析氢反应(HER)催化剂用于高效产氢有助于缓解能源危机、实现碳达峰和碳中和的战略目标。Pt/C被认为是高效的HER催化剂,然而,由于资源稀缺、成本高以及可能引起重金属污染,限制了其大规模应用。因此,开发可替代的非金属催化剂成为该领域的研究热点。二维有机框架薄膜材料是有机化合物通过共价键或配位键形成的二维多孔网状材料,具有高度有序的孔洞结构、大的比表面积和可调控的活性位点,在催化产氢、储能、传感等领域展现出良好应用前景。 在中国科学院战略性先导科技专项(B类)和国家自然科学基金委的支持下,中国科学院化学研究所有机固体重点实验室刘云圻课题组的科研人员开展了二维有机框架薄膜材料的可控组装及规模化制备研究,并取得系列进展(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887;Adv. Mater. 2021, 33, 2007741;Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440)。 最近,该课题组科研人员提出了近平衡液相生长法,在相对温和的反应条件下,通过2,7-二-叔丁基芘-4,5,9,10-四酮 (t-BPT), 芘-4,5,9,10-四酮(PT)与2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐(TPHA)之间的自发反应,制备出结构稳定的高共轭的二维共价有机框架材料BPT-COF和PT-COF(如图)。该方法避免了高温、高压、封管等苛刻条件,是低成本、高效制备吡嗪连接的COF的有效途径。在此基础上,科研人员通过原位生长和真空过滤成膜方法,进一步组装了厚度可控的二维共价有机框架/石墨烯复合薄膜材料,并将其应用于析氢反应。该复合薄膜具有大量活性位点和优异的电学性质,展现出高效的催化活性,在10 mA cm-2的电流密度下,过电位仅为45 mV,高于目前报道的非金属催化剂性能,并接近20%含量的商用Pt/C性能。此外,科研人员通过理论建模解释了高效HER催化活性的内在机理。 相关研究成果发表在Angewandte International Edition Chemie上。 近平衡液相法与传统溶剂热法制备二维有机框架材料的对比。左上图为传统溶剂热法,需要高温、高压、封管等苛刻条件,聚合后通过长时间晶化,形成框架材料;左下图为近平衡液相生长法,在稀溶液、开放体系中直接成核、生长,形成框架材料,室温下制备,条件相对温和;右图为本工作制备BPT-COF和PT-COF两种二维有机框架材料的示意图
  • 《二维催化剂可轻松合成氨》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-11-26
    • 赖斯大学的研究人员已经开发出一种无机合成氨的方法,该方法既环保又可以在环境条件下按需生产有价值的化学物质。 布朗工程学院材料实验室的科学家Jun Lou操纵了一个众所周知的二维晶体-二硫化钼-并通过从晶格状结构中去除硫原子并用钴代替了暴露的钼,将其转变为催化剂。 这使得该材料能够模仿自然有机过程细菌所使用的细菌,这些细菌用来将大气中的二氮转化为生物体中的氨,包括使用氨来帮助肝脏功能的人体。 无机工艺可以使氨作为工业的小规模附件在任何需要的地方生产,该工业每年通过无机Haber-Bosch工艺生产数百万吨的化学品。 这项研究在《美国化学学会杂志》上有描述。 共同主要作者,莱斯大学的研究生田小银说:“哈伯-博世过程会产生大量的二氧化碳并消耗大量的能量。” “但是我们的过程使用电来触发催化剂。我们可以从太阳能或风能中获取电能。” 研究人员已经知道,二硫化钼具有与二氮键结合的亲和力,二氮是两个牢固结合的氮原子的天然分子,占地球大气的78%。 Brookhaven国家实验室的研究助理Liu Mingjie Liu进行的计算模拟显示,用钴代替一些暴露的钼原子将增强该化合物促进二氮还原为氨的能力。 在赖斯的实验室测试表明确实如此。研究人员通过在碳布上生长有缺陷的二硫化钼晶体并添加钴来组装纳米级材料的样品。 (从技术上讲,该晶体是二维的,但显示为钼原子的平面,上方和下方都有硫层。)施加电流后,使用1千克催化剂,该化合物每小时可产生10克以上的氨。 赖斯的博士后研究员,共同首席作者张静说:“规模无法与发达的工业过程相提并论,但在特定情况下可以替代。” “它将允许在没有工厂的地方,甚至在太空应用中生产氨。”他说,实验室实验使用了专用的二氮进料,但该平台可以轻松地将其从空气中拉出。 娄说,其他掺杂剂可能使这种材料催化其他化学物质,这是未来研究的主题。他说:“我们认为这里是一个机会,可以采取我们非常熟悉的东西,并尝试做大自然数十亿年来一直在做的事情。” “如果我们以正确的方式设计反应堆,那么平台就可以不间断地执行其功能。”