青岛科大在MOFs及其衍生材料应用领域获重要进展

金属-有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs），由于有序且可设计的孔结构以及超高的比表面积，引起了科学界的广泛关注，在气体吸附、存储、催化、储能、环境治理等领域均展现出优异的应用前景，近年来成为最受欢迎的明星材料之一。

青岛科技大学生态化工国家重点实验室培育基地王磊教授团队在MOFs及其衍生材料能源催化领域做了很多创新性的工作，在国内率先把MOFs与无机黏土复合，扩大了无机黏土在光解水产氢方面的应用范围（Appl. Catal. B: Environ.2020, 268, 118739，IF：20.2，ESI高被引论文）；开辟了MOFs基异质结原位衍生肖特基结/半导体光催化剂的新方法（Appl. Catal. B: Environ. 2019, 246,7 2，IF：20.2，ESI高被引论文）；借助MOFs的大比表面积，复合可见光相应强的氮化碳半导体，获得具有紧密异质接触界面的复合材料，缩短载流子传输距离（Appl. Catal. B: Environ. 2019, 241, 178，IF：20.2，ESI高被引论文）；后负载纳米颗粒、原位衍生多元金属磷化物，构建肖特基结，利用异质界面电势差实现了载流子的快速分离，提高了其在光催化反应中的利用率，提高了光催化分解水产氢性能，开拓了MOFs衍生多元异质界面工程方向（Appl. Catal. B: Environ. 2017, 219, 101，IF：20.2，ESI高被引论文），近期在Li-S电池应用又有新进展。

Li-S电池有望实现2600 Wh kg-1的超高理论能量密度，这涉及放电时多电子还原S为固体Li2S，并在充电时固体Li2S反向氧化为S（2Li + S ↔ Li2S）。然而，可溶性多硫化锂的穿梭效应及缓慢的氧化还原动力学导致Li-S电池快速的容量衰减、低库仑效率、较差的循环寿命。王磊教授团队将导电的六方钴有机框架(Co-HTP)纳米片原位锚定在羧基石墨烯(CG)基底上，并将其作为宿主催化剂来调节多硫化物的氧化还原。通过大量表征表明，四边形Co-N4单元的局部配位环境转变为具有轴向Co-O配位的不对称五配位O-Co-N4，这引发了自旋极化和Co 3d轨道显著的电子离域。O-Co-N4位点较高的自旋态和较低的局域电子密度诱导了Co-HTP/CG中更多的活性电子态，并促进了与多硫化物的轨道杂化，形成更稳定的键序。这种优化的电子结构显著加快了氧化还原动力学，增强了对多硫化物的吸附强度。这使得基于Co-HTP/CG的锂硫电池具有较高的可逆容量、惊人的倍率性能和超过500次的长循环性能。这项工作将丰富调节先进Li-S电池和其他电催化剂的自旋电子结构的设计理念。该研究工作以“Metal-Organic Frameworks with Axial Cobalt-Oxygen Coordination Modulate Polysulfide Redox for Lithium-Sulfur Batteries”为题，发表在Advanced Energy Materials上，影响因子24.4。

图1. (a) Co-HTP/CG的形成过程示意图。(b) Co-HTP/CG的XRD图谱和Rietveld精修。(c,d) Co-HTP/CG的TEM图像。(e,f) Co-HTP/CG的HRTEM图像。(g) Co-HTP/CG的HAADF-STEM和元素分布图像。

多年来王磊教授带领团队在MOFs及其衍生物材料的合成及其应用领域深耕近20年，主持相关方面的国家基金十余项，在相关材料的定向设计与组装、催化机理研究、储能过程控制以及器件组装方面均做出了突出贡献，在本领域具有重要的影响力。同时在青岛组织了多次关于新能源技术的相关国际会议，促进了广泛的学术交流，为国内相关领域的发展做出了重要贡献。

根据王磊教授团队多年来的的相关工作，以及国际期刊上报道的MOFs及其衍生物材料在能源存储和环境领域的杰出工作，近日王磊教授撰写了《MOFs及其衍生材料在能源与环境领域的应用》专著一书，全书72万字，分为九章，由《科学出版社》出版。该书系统介绍了MOFs及其衍生材料在气体存储、光催化、电催化、超级电容器、电池、大气污染控制、水处理以及海水资源提取等领域的应用。希望该书不仅可以起到良好的科普作用，助力本领域的年轻工作者和广大研究生对MOFs 及其衍生材料的理解，同时该书介绍的一些MOFs 合成及处理策略以及材料结构与性能之间的构效关系可以给相关从业人员启迪，推动我国能源与环境领域技术的快速发展。

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