Angew. Chem. ：从MOF绝缘体到分级多孔MOF电导体

发展高性能、导电的多孔材料将有助于进一步解决当前能源存储与电子器件发展中界面传质容量低、效率慢的瓶颈问题。二维共轭金属有机框架材料（2D c-MOFs）以其兼具本征导电性和孔隙率的特性，在电学性质相关的应用领域（比如超级电容器、电阻型传感器）里表现出巨大的应用前景。然而，由于2D c-MOFs自身晶体结构多表现为微孔及层间密堆积，限制了这类材料活性位点暴露及传质效率，极大地降低了材料整体的应用性能。

近日，山东大学董人豪教授、德累斯顿工业大学冯新亮教授、福建物质结构研究所徐刚研究员等合作，发展了一种通用的模板合成策略，以传统的3D MOF绝缘体为模板前驱体，构建一系列具有分级多孔纳米结构的2D c-MOFs材料，保留了其本征电子导电的优越特性的同时，极大地提高了其孔隙率。相关框架电子材料被成功应用于高性能超级电容器和化学电阻气体传感器。

研究人员以经典的3D绝缘MOFs（比如HKUST-1，ZIF-8，CuBDC等）作为模板前驱体，通过苯基或三苯并苯基等共轭有机配体（配位原子包含S, O和NH）的加入，可快速实现从绝缘MOFs到导电2D c-MOFs的完全转化。该工作合成了12种具有分级多孔结构的2D c-MOFs，对其形貌、结构和组分进行了系统性的可控调节，包括不同纳米壳层（空心单壳层、空心双壳层和空心多壳层）、不同维度（一维纳米管、二维纳米片、三维纳米花以及纳米片组装薄膜）以及在不同基底上制备（碳布、硅片、滤膜）。

该模板合成策略具有以下两个特点：其一，从3D MOF到2D c-MOF的转化反应是一个热力学自发的过程，室温下即可进行；其二，整个转化涉及到前驱体-无定型中间体-产物的两步反应过程，不仅实现了对前驱体形貌的精确复制，形成分级纳米结构，提高了材料的比表面积和位点暴露，而且能够通过中间体的存在极大降低了材料生长中无序堆叠的速率，提高了材料的整体结晶性。

实验表明，所合成的2D c-MOFs样品均具有电子导电性（电导率为10^-6-10² S cm^-1）。同时，相对于传统水热法制备的2D c-MOFs块体材料，所合成的2D c-MOFs样品具有分级多孔结构，表现出非常大的比表面积（提高了1.3-62.1倍）。上述材料特性为其在能源存储和传感应用打下了良好的基础。

具有分级多孔纳米结构的 2D c-MOF 在超级电容器和电阻型传感器的应用中表现出卓越性能，实现了高的比容量（相比块体材料提高225%）、高的响应强度（相比块体材料提高250%）和良好的稳定性。该工作解决了2D c-MOF材料孔隙率低的关键问题，通过形貌可控化使其适用于不同能源和电子器件应用，并极大地优化提高了相关器件的性能表现，从而为2D c-MOFs的合成发展提供了一种新策略。

论文信息

A General Synthesis of Nanostructured Conductive Metal–Organic Frameworks from Insulating MOF Precursors for Supercapacitors and Chemiresistive Sensors

Dr. Chuanhui Huang, Prof. Weiming Sun, Yingxue Jin, Dr. Quanquan Guo, David Mücke, Xingyuan Chu, Dr. Zhongquan Liao, Dr. Naisa Chandrasekhar, Dr. Xing Huang, Dr. Yang Lu, Dr. Guangbo Chen, Dr. Mingchao Wang, Dr. Jinxin Liu, Dr. Geping Zhang, Dr. Minghao Yu, Dr. Haoyuan Qi, Prof. Dr. Ute Kaiser, Prof. Dr. Gang Xu, Prof. Dr. Xinliang Feng, Prof. Dr. Renhao Dong

文章的第一作者是德累斯顿工业大学的黄川辉博士，郭泉泉博士，福建医科大学的孙伟明教授，中科院福建物质结构研究所的靳迎雪和乌尔姆大学的David Mücke。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202313591