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金属有机骨架(MOFs)是一种具有清晰孔径和定制化学成分的晶体材料,然而,由于bulk-MOFs的活性位点数量有限,稳定性差,其电化学应用受到限制。nano-MOFs具有结构、尺寸和形状可控的优点。与bulk-MOFs相比,nano-MOFs具有更大的比表面积、更高的孔隙率、可调节的孔径和易于功能化的孔表面。通过合理的设计,nano-MOFs可以暴露更多的活性位点,从而提高其性能。然而,大多数MOFs的化学稳定性并不理想,阻碍了电化学储能与转换领域的基础研究。 近日,扬州大学化学化工学院庞欢团队利用单宁酸Tannic acid(TA)的丰富化学性质通过一种刻蚀-螯合的策略构建了一系列功能化的TA@MOFs复合材料,并对其进行了全面的结构表征与电化学储能测试。
作为多巴胺衍生物,TA富含儿茶酚和儿茶酚结构,可以通过其酚基捕获和配位金属离子,形成五元环的配合物。将其与nano-MOFs均匀分散在水溶液中,首先能够释放出少量的质子刻蚀出表面活性位点。其次,酚羟基与金属离子螯合,进一步释放更多质子,从而加速刻蚀进程。螯合过程不仅能捕获金属离子,对金属离子起到了保护作用,从而了nano-MOFs的稳定性,而且能有效地控制了刻蚀过程中质子的释放,并在nano-MOFs表面精确地形成许多所需的介孔,显著提高了反应物质的扩散效率。 在展示了使用TA制备不同nano-MOFs的通用方法后,对其中一种(ZIF-L)进行深入研究。制备的TA@ZIF-L复合材料相较于前驱体具有较高的比电容和更优异的电化学稳定性。通过in-site XRD,探讨了其电化学反应过程的机理。进一步证实了该方案能够使nano-MOFs获得更高活性位点和稳定性的原理。 该工作介绍了TA作为一种多酚类化合物功能化nano-MOFs的方案并解释了其机理,该方案制备的复合材料不仅有着出色的电化学储能性能,而且在稳定性方面也表现优异,为nano-MOFs的研究提供了新的思路。 论文信息 Enhanced Active Sites and Stability in Nano-MOFs for Electrochemical Energy Storage through Dual Regulation by Tannic Acid Yibo Lu, Guangxun Zhang, Huijie Zhou, Shuai Cao, Yi Zhang, Shuli Wang, Huan Pang* Angewandte Chemie International Edition



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