近日，我校材料科学与工程学院与美国德州农工大学合作，在MOFs可控碱解制备超级电容器电极材料方面取得突破性进展。相关论文《金属-有机框架物的可控水解：Ni/Co层状双金属氢氧化物多级微球用于高性能超级电容器》（Controlled Hydrolysis of Metal–Organic Frameworks: Hierarchical Ni/Co-Layered Double Hydroxide Microspheres for High Performance Supercapacitors）于2019年6月被材料领域权威国际期刊ACS Nano刊发。我校博生肖振宇、硕士生梅英杰为共同第一作者，孙道峰教授与周宏才教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一署名单位。
近年来，金属-有机框架（MOFs）作为一种新型的多孔材料，因其超高的比表面积、丰富的孔结构以及高分散的金属中心等特点，被认为是一种理想的制备纳米氧化物材料、多孔碳材料以及复合材料的前驱体。目前，MOFs衍生材料的制备方法多局限于传统的热解策略，由于反应在高温条件下进行，过程复杂，可控性差，且对气体环境异常敏感，极易造成骨架坍塌、金属中心团聚和孔结构堵塞等现象；同时热解过程必然导致MOFs中昂贵有机配体的分解，以及有毒有害气体的排放，增加了合成过程的经济和环境成本，限制了其大规模工业化应用的可能。
基于上述问题，孙道峰团队采用碱解(碱性条件下水解)策略，以配位能力相对较强的OH-阴离子逐渐替换MOFs中有机配体阴离子，最终实现温和可控条件下的MOFs衍生纳米材料的制备。实验中首次通过同位素追踪技术追踪反应过程，深度揭示了反应机理，结果表明MOFs中的μ3-OH桥连金属簇在“共型转变”过程中发挥着至关重要的作用，为MOFs衍生材料的可控碱解提供了有效指导。碱解法制备的Ni/Co-LDH-7:3样品，具有独特的微孔-介孔复合孔道结构，超高的比表面积以及Ni/Co双金属协同效应，因此具有优异的超级电容器性能，在1A g-1电流密度下表现出1652 Fg-1的比容量。同时，游离至溶液中的有机配体阴离子，可以通过酸化处理回收，用于循环生产，降低污染和生产成本。这一温和、可控以及经济性的合成策略还可以拓展到其他双金属体系，为功能性MOFs衍生物的电化学应用提供指导。
审稿专家对该科研成果给予高度评价，认为该成果选择的碱性水解策略，可以有效的保持MOFs的原始形貌和多孔性，反应过程非常简单，并且可以回收有机配体，具有重要的科研和实践意义。这一科研成果可以促进MOFs及其衍生材料在能源领域的应用研究。
ACS Nano是美国化学会主办的权威国际期刊，在化学、材料及能源领域具有很强的影响力，对研究内容的前沿性要求极为严格，最新影响因子为13.709。
孙道峰团队近年来开展了对簇基MOFs的构筑及性能研究。相关研究论文先后发表在Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 5095、J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 10814、J. Mater. Chem. A2018, 6, 24486、Chem. Eur. J.2018, 24, 2137、Inorg. Chem. Front.2018, 5, 2445、J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 17, 6967-6975等刊物上。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b02106