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結(jié)構(gòu)有序的多孔晶體材料MCFs(mesoporous crystalline frameworks)同時(shí)具有功能框架和明確結(jié)構(gòu)的孔道，表現(xiàn)高比表面積和非常大的孔徑尺寸，組成和孔的結(jié)構(gòu)都可調(diào)控，因此受到人們的廣泛關(guān)注。通過(guò)新型多孔晶體結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑能夠形成豐富的活性位點(diǎn)、高效率的傳質(zhì)，從而為應(yīng)用于能源領(lǐng)域提供廣闊的機(jī)會(huì)與前景。

有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、內(nèi)蒙古大學(xué)蘭坤研究員等總結(jié)了MCFs的理性合成、獨(dú)特結(jié)構(gòu)，以及MCFs在能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

本文要點(diǎn)：

（1）

首先對(duì)各種合成方法進(jìn)行總結(jié)，隨后對(duì)結(jié)晶的控制、多孔相的形成、納米結(jié)構(gòu)等有關(guān)的基本原理以及相關(guān)的代表性工作進(jìn)行重點(diǎn)介紹。隨后分別從金屬、金屬氧化物、金屬硫化物、MOF等材料組成分別詳細(xì)討論。之后，總結(jié)MCFs在電池、超級(jí)電容器、電催化、光催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）

對(duì)于MCFs的合成而言，目前的MCFs材料精確設(shè)計(jì)和控制仍非常困難，比如需要解決模板相互作用不充分、金屬物種水解兼容性、穩(wěn)定性等問(wèn)題。過(guò)渡金屬、稀土金屬，以及其對(duì)應(yīng)的硫化物、碳化物、氮化物等材料進(jìn)行構(gòu)筑MCFs材料的相關(guān)研究仍非常罕見(jiàn)，因?yàn)槟壳暗闹饕芯咳跃窒拊诮饘僖约把趸铮荒壳叭绾尉_的控制MCFs的孔徑尺寸、孔壁厚度、表面積大小、納米結(jié)構(gòu)形貌、維度等參數(shù)仍并不清楚。如何精確的控制晶化度、晶相、生長(zhǎng)方向、晶粒大小也非常困難；由于金屬前驅(qū)分子的反應(yīng)活性非常高，導(dǎo)致合成的重復(fù)性和產(chǎn)品的品質(zhì)比較難以控制；DFT、有限元等理論計(jì)算模擬具有應(yīng)用前景。

（3）

對(duì)MCFs的進(jìn)一步發(fā)展前景、合成MCFs面臨的挑戰(zhàn)和困難、高效率能源領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與討論，這有助于未來(lái)先進(jìn)材料的發(fā)展。

由于MCFs的多孔結(jié)構(gòu)和晶體特點(diǎn)，具有快速擴(kuò)散和表面接觸較好的優(yōu)勢(shì)，因此在能源領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展前景。比如多孔結(jié)構(gòu)有助于電池降低擴(kuò)散距離，較高的比表面積和多孔通道能夠在光催化和電催化領(lǐng)域產(chǎn)生更好的暴露和更有效與反應(yīng)物接觸。因此，晶體尺寸、晶體方向、晶面、形貌等合成參數(shù)需要更加精確的控制。原位表征、理論計(jì)算等能夠有助于揭示中間體和反應(yīng)機(jī)理等。大多數(shù)研究主要局限于少數(shù)種類的多孔結(jié)構(gòu)，如何拓展更加廣泛的多孔結(jié)構(gòu)非常重要。多孔金屬、金屬硫化物、MOF、COF等MCFs在能源的轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

Jialong Li, Rongyao Li, Wendi Wang, Kun Lan, Dongyuan Zhao, Ordered Mesoporous Crystalline Frameworks Toward Promising Energy Applications, Adv. Mater. 2024

DOI: 10.1002/adma.202311460

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202311460