显微镜镜头有机金属骨架杂化纳米结构：制备、

大家好，这里是老上光显微镜知识课堂，在这里你可以学到所有关于显微镜知识，好的，请看下面文章： 混合微纳米结构材料在可充电电池、超级电容器和燃料电池等储能和转换领域发挥着重要作用，迄今为止，各种合成方法已成功制备出各种混合纳米结构。OMOBN（MOFs）是一类重要的具有多孔结构的无机-有机杂化晶体。作为前驱/牺牲模板，它们引起了制备具有复杂组成或结构和预定功能的混合微纳米结构的极大兴趣。技术和其他人写了一篇题为金属-有机框架衍生的混合微纳米结构：制备和在储能和转换中的应用的评论。本文首先介绍了MOF衍生的混合微纳米纳米纳米结构，讨论了MOF衍生的混合微纳米结构在锂离子电池、锂硫电池、超级电容器、催化等领域的潜在应用。最后，对MOF衍生的混合微纳米结构的挑战和机遇提出了自己的见解。
    
     MOFs最有趣的优点之一是它们独特的组成：金属和有机配体在MOFs的晶体结构中的有序排列。MOFs的这种特性导致MOF de中不同组分（如金属纳米颗粒和碳）的均匀分布。此外，MOF中的有机配体使得MOF能够通过煅烧而不引入外部碳源而转化为各种碳基纳米材料(如非晶碳和石墨化碳)。一些MOF由含氮有机配体组成。ds（如甲基咪唑）可热解形成氮掺杂的碳纳米材料，具有较高的电导率和电化学活性。在成分和形貌、煅烧条件(退火温度、时间、加热速率、气氛等)下，可以实现孔径均匀、孔隙率高、形貌可控的多孔纳米结构。以MOF为前驱体/牺牲模板成功地制备了h复合结构、结构和功能，由于不同组分之间的协同作用，这些MOF衍生的杂化微结构表现出了比相应的微结构更高的性能。S，使其在高性能储能/转换应用中具有吸引力。
    
     近年来，MOFs被用作前驱体/牺牲模板来合成MOF衍生的微结构，如多孔杂化多面体（图1）、准二维（2D）结构、衬底支撑MOF衍生材料、球形/非球面中空材料和分层结构。由MOF衍生的混合微纳米结构由于其独特的结构和组分间的协同效应带来的增强的性能，在储能、转化、催化和环境相关领域显示出巨大的应用前景。
    
     MOF衍生杂化材料最典型的结构之一是多孔杂化多面体，通过简单的退火，大多数MOF可以转化为由金属化合物（或金属）和碳组成的杂化材料。另外，具有准二维结构的超薄纳米片由于其大的表面积和高密度的边缘位置而被广泛应用于各个研究领域。通过在石墨烯模板上沉积MOF膜，通过煅烧和酸洗去除金属组分，可以获得湖泊形态。通过煅烧卟啉桨轮骨架-3(PPF-3)纳米片制备了二维CoS 1.097-碳纳米复合材料(图1e)，并将其用作超级电容器电极。
    
     MOF衍生的碳基杂化物包括由金属、金属氧化物或金属碳化物颗粒组成的碳基杂化物。使用MOF作为前驱体模板提供了制备CuO@NiO和NiOCo3O4杂化球等双组分金属氧化物杂化物的有效和有趣的方法。成功制备了具有三种以上组分的离子、MOF衍生的微纳米结构，如：中空ZnOZnFe2O4C杂化八面体、ZnOZnCo2O4C杂化核壳结构、ZnONi3ZnC0.7C杂化微球蛋黄结构（图2a，b）、四种MO组分。F衍生混合结构（RGO /C-CO-S，图2C-G）。
    
     图2。（a）ZnO/Ni 3ZNC 0.7 /C核壳结构Zn MOF/Ni混合微球的SEM和（B）TEM图像。
    
     (c)以ZIF-67为前驱体制备rGO/C-Co-S杂化材料的示意图。(d)SEM、(E-F)TEM和(g)rGO/C-Co-S杂化材料的元素分布图。
    
     MOF的组成可以通过阳离子交换和水热处理等多种方法来改变。煅烧后，可以得到多种MOF衍生的多组分杂化微结构，例如，以Ni-MOF微球为前驱体，可以制备双金属MOF(Cu-Ni-BTC，图4b)。煅烧后，可以得到CuO-NiO核壳结构。
    
     迄今为止，人们已经通过各种合成方法制备了各种MOF基杂化材料，如MOF-碳、MOF-金属氧化物杂化材料，特别是MOF-碳杂化材料由于具有良好的导电性，可作为电化学反应的活性材料。首先制备三维石墨烯负载的MOF，然后对其进行煅烧，制备了三维石墨烯负载的MOF衍生多孔金属氧化物复合材料（图5）。
    
     图5（A－C）ZIF-8/3DGN复合材料（A -B）和MIL-8Fe／3DGN复合材料（C）SEM图像。
    
     MOF衍生的杂化纳米结构的制备还可以通过煅烧MOF产品进一步加工。例如，其他材料填充到MOF煅烧产品的多孔结构中或沉积在MOF煅烧产品的表面上。通过煅烧Ni-BTC MOFs获得多孔碳球，然后通过熔体扩散将Se嵌入多孔碳球中（图6）。值得一提的是，除了图3所示的MOF衍生的杂化微纳米结构的制备策略之外，还有各种各样的合理组合。材料合成方法还可以用于制备具有复杂结构和多组分的MOF衍生杂化材料。现有的材料加工技术，如机械混合、静电吸附、电泳/喷雾沉积、旋涂等，也可以应用。对MOF煅烧产物进行后处理，得到MOF衍生的微纳米结构。
    
     MOF衍生物如碳、金属氧化物及其复合材料是锂离子电池优良的电极活性材料。以Cu-Ni双金属MOF为前驱体制备了多层壳的二元金属氧化物杂化微球(CuO@NiO)。由于CuO@NiO杂化微球具有独特的结构和化学组成，经过200次循环后，其比容量达到1000mAhg(图7a)，高于CuO(674mAhg)和NiO(718mAhg)的理论容量。相比之下，Ni-BTC基Ni-O微球在70次充放电循环后比容量迅速下降，200次循环后比容量仅为150mAhg。
    
     图7(a)分别由Cu-Ni-MOF和Ni-BTC MOF制备的CuO@NiO杂化微球和NiO微球的循环性能。(b)循环伏安曲线(CV)和(c)CuO@NiO杂化微球的次充放电曲线。
    
     MOF衍生的混合微结构由于具有多孔结构和良好的导电性而成为Li-S电池的候选材料。最近，基于MOF衍生的多孔碳球的硒化锂(Li-Se)电池也得到了报道。与S相比，Se具有更高的室温电导率。所制备的碳-硅复合电极在337.5mA/G下具有588.2mAh/g的初始比容量。
    
     MOF衍生物因其独特的多孔结构和方便的制备方法，在高性能超级电容器电极的制备中具有很大的吸引力。例如，用GO薄膜包覆Mo-MOF，然后退火多孔rGOMoO3复合材料（图8），可应用于其它GO包覆MOF复合材料及其相应的MOF衍生物。另外，还报道了二维氮掺杂碳CoS1.097杂化材料（图9）。当用作超级电容器的电极时，当电流密度为1.5A/g时，二维氮掺杂碳CoS1.097杂化材料的比电容为360.1F/g。
    
     图9（a）二维MOF（PPF-3）纳米片和二维氮掺杂碳CoS 1.097纳米复合材料（CoSNC）制备工艺的示意图。
    
     许多MOF衍生的杂化微结构在ORR、析氧(OER)和析氢(HER)等催化反应中也显示出很高的活性。CNTFs，图10）。
    
     (d)在没有H2的情况下煅烧的ZIF-67的SEM图像表明H2在以MOF为前驱体的碳纳米管合成中起着重要作用。
    
     (e)扫描速率为1600r.p.m.(f)的PtC催化剂和NCNTF在0.6V时的线性扫描伏安曲线。
    
     本文综述了MOF衍生物的最新发展，并提出了今后可能的研究方向和若干挑战。(1)大多数报道都是基于选择现有的和常见的MOF类型，如ZIF和MIL，作为前体牺牲模板，然后进行合成。得到了MOF的活性结构，研究了MOF的性质和应用，但MOF的结构和组成的特殊设计对于MOF衍生物的性质、功能和性能的控制非常重要。合成工艺对MOF衍生物的结构和形态有很大影响，因此系统地研究和揭示MOF衍生物的性质与结构之间的关系对指导高性能MOF衍生物的制备具有重要意义。因此，开发能够控制MOF衍生材料特性的有效合成路线也十分重要。（3）在MOF杂化材料（如MOF-石墨烯）作为MOF衍生杂化微结构的前驱体模板的研究中，其意义重大。因此，了解MOF与杂化材料中其它组分的界面相互作用，对后续MOF衍生杂化微结构和纳米结构的合成提供指导，并改善产物的性能具有重要意义。（4）虽然MOF衍生杂化材料具有优异的性能。由于具有多孔结构的MOF衍生杂化材料的密度较低，因此其体能密度相对较低。
    
     文献链接：金属-有机骨架衍生的混合微纳米结构：制备及其在储能和转换中的应用
    
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