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[材料资讯] 孙正宗课题组:外延生长助力绝缘MOF的电化学集成

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发表于 2019-9-19 08:53:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

金属-有机框架材料(MOF),具有可调的孔径和丰富的活性中心,能够与客体分子发生特异性的相互作用,因此被认为是一类极具应用前景的催化材料。将MOF应用于电化学催化领域,可以极大丰富电化学催化剂和电化学器件的种类和功能,推动领域交叉和跨越式发展。然而,大多数MOF的本征态是绝缘、不导电的,限制了它们在电化学中催化性能的表达。虽然目前已经有一些导电性MOF陆续在实验室里合成出来,但是它们的分子结构设计困难,数量上还无法与海量的绝缘MOF匹敌。因此,如何提升MOF的电学性能,同时最大程度上保留MOF晶体自身的拓扑优势,对于揭示其本征电催化性能将具有十分重要的意义。

MOF

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       近期,复旦大学化学系孙正宗李巧伟唐云课题组联合报道了一种在石墨烯表面外延生长MOF的新方法。该方法首先采用高导电性的本征石墨烯为外延生长基底,以同样具有六方对称性的MOF为外延生长对象,采用外延模板法的策略,在溶液浓度稀释且可控的生长条件下,制备出具有与石墨烯的晶面取向高度匹配的MOF单晶(GMOF)。GMOF晶体具有典型的二维特征:其平面/厚度比达到~1500,且晶体取向高度一致。相较于绝缘性的块体MOF材料,GMOF显示出与石墨烯更强的层间电子耦合作用,同时保留了MOF本身在拓扑结构方面的优势,显著提升了其在电化学反应中的电荷转移效率和电催化活性,为绝缘MOF的高效电化学集成扫清了障碍。此外,该方法还被拓展到其它种类的绝缘MOF和二维基底(硫化钼)上。

       相关研究论文以“Epitaxial Growth and Integration of Insulating Metal−Organic Frameworks in Electrochemistry”为题,在线发表于《美国化学志》 (J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 28, 11322-11327)。论文的第一作者为胡安琪硕士。该工作得到了复旦大学化学系、国家重点研发项目和国家自然科学基金面上项目的大力支持。
       全文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b05869


外延生长是指在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层,犹如原来的晶体向外延伸了一段。外延生长技术发展于50年代末60年代初。当时,为了制造高频大功率器件,需要减小集电极串联电阻,又要求材料能耐高压和大电流,因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同,还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶,从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。外延工艺还广泛用于集成电路中的PN结隔离技术(见隔离技术)和大规模集成电路中改善材料质量方面。


孙正宗,男,1981年9月生于山东省日照市,复旦大学研究员、博士生导师,入选中组部青年##计划。主要从事具备纳米空间的低维纳米材料,尤其是石墨烯的高温气相、固相合成,电子器件的组装以及化学改性和功能化等方面的研究。近年来,以第一作者或通讯作者在Nature,Nature Communications,ACS Nano,Scientific Reports等期刊上发表论文40余篇,其中有17篇文章单篇引用超过100次,第一作者论文单篇引用最高860余次,总他引次数超过9200次,h-index=31。研究成果被美国纽约时报、英国BBC等新闻媒体和Nature Nanotechnology等期刊报道。


李巧伟(Qiaowei Li),复旦大学化学系教授,博士生导师。2004年7月于中国科学技术大学获学士学位。2006年3月于美国密歇根大学获化学硕士学位。2010年3月毕业于美国加州大学洛杉矶分校(UCLA),获化学博士学位,导师Omar M. Yaghi教授。2010年11月通过复旦大学人才引进计划关键岗位的资助,任化学系副研究员。2017年1月起任化学系教授。现主要的研究领域包括金属有机框架材料(MOF),超分子化学,及新能源材料研究。承担国家自然科学基金委面上项目、青年基金等项目的研究,并获UCLA无机化学优秀毕业论文奖(2010年)、上海市“浦江人才”计划(2011年)、上海市“晨光学者”(2012年)、上海市“青年科技启明星”(2015年)、上海市“青年拔尖人才”(2017年)等奖项。在多孔晶体材料研究方面,曾在Science、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上以第一作者身份发表论文;独立工作以来以通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.,Adv. Mater.等期刊上发表论文。研究成果获Nature Chemistry, C&EN等正面报道。

唐云,复旦大学化学系青年研究员。2003年中国科学技术大学化学物理系本科毕业,2009年获得美国马里兰大学帕克分校化学物理博士学位,2009-2013年分别在美国麻省理工(MIT)和瑞士洛桑联邦理工(EPFL)材料科学与工程系担任博士后和研究员。2014年起在复旦大学化学系和先进材料实验室开展独立研究工作。在Nature Materials,Nature,Science,Nano Letters,J. Am. Chem. Soc.等国际顶尖学术期刊发表论文十余篇。



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