Small Methods:二维金属有机骨架纳米片最新综述

smtd近年来,以石墨烯和过渡金属硫族化物(TMDs)为代表的二维材料受到了科学界和工业界的广泛关注。得益于它们的超薄厚度(通常几个原子层厚)和片状结构,这些纳米材料展现出很多独特性质,在能源和器件等领域具有巨大的应用前景。受此鼓舞,科学家们也在积极寻找探索其它类型的二维材料,比如氮化硼,黑鳞等。金属有机骨架(MOFs)是由无机金属离子或团簇与有机配体组装形成的结晶性多孔材料。由于具有很高的孔体积和比表面积,以及可调变的结构和功能等特点,MOF材料在气体存储、分离、催化、传感以及生物医学等领域得到广泛应用。作为一类新型二维材料,二维MOF纳米片展现出很多不同于传统块体MOF材料的独特性质。比如,它们的超薄片状结构有利于气体分子的透过,有利于提高气体分离的效率。不同于块体材料活性位点主要在MOF的孔道内部,二维MOF纳米片会暴露大量的活性位点在片层表面,有利于底物分子与活性位点的接触,进而提高MOF在催化或传感领域的性能。因此,设计合成二维片状结构的MOF材料是一个很重要的研究方向,不仅可以提高MOF材料的性能,还可以拓展新的应用领域。

一般来讲,人们采用两种方法合成MOF纳米片:自上而下的剥离法和自下而上的直接合成法。对于第一种方法,由于二维层状MOF具有很弱的层间作用力(范德华力或者氢键等),超声法就足以克服这些层间作用力,用来剥离块体材料制备MOF纳米片。而对于第二种方法,通常需要一些特殊手段来限制MOF材料在一个方向上的生长速率得到纳米片。近日,新加坡南洋理工大学张华教授及其科研团队总结了二维MOF纳米片的合成方法。文章首先介绍了超声剥离法和研磨-超声剥离联用法,其次总结了直接合成法,重点讨论了一些限制MOF的生长方向来制备MOF纳米片的技术,包括界面合成、三层溶剂合成以及表面活性剂辅助合成。文章总结了各个合成方法的优缺点,同时指出需要开发新的方法合成二维MOF纳米片,并且拓展二维MOF纳米片的应用领域。此外,文章还进一步介绍了提高二维MOF纳米片的性能的方法,即将二维MOF纳米片与其它纳米材料复合,制备基于二维MOF纳米片的复合材料。相关文章发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201600030)上。

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