扬州大学庞欢Carbon Energy: MOF衍生磷化物纳米材料的合成和在能源领域的研究进展

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研究背景

金属有机框架（MOFs）由于具有结构可调、高孔隙、比表面积高、密度低、结构可调率等特点，在包括电化学催化和能源储存的很多领域受到了关注。在电化学催化和能源储存领域，MOF以其突出的表面积为离子储存/转移和电化学反应提供充足的空间。然而，一些MOF材料作电极材料时，其导电性和化学稳定性限制了电极的充分利用。不过，经过很多研究者的不懈努力，这一再被诟病的问题也正在得到解决。

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成果简介

金属有机框架（MOF）衍生材料是以金属团簇组成的MOF材料为基础的一类新型衍生复合材料。而MOF衍生的磷化物纳米材料能够在保留MOF材料比表面积大、密度低、结构可控、孔径大小可调等优势的基础上，改进其稳定性、电导率、理化性质，在电化学催化和储能方面也有着有广阔的应用前景。越来越多的研究者对纳米尺度的MOF衍生磷化物进行了一步加工和设计，以改善其循环耐久性、能量功率密度、组分结构、导电性、稳定性和耐腐蚀性等性能，其研究也逐渐走向瓶颈。因此，扬州大学庞欢教授全面回顾了MOF衍生磷化物纳米材料在电化学中的应用，重点介绍了MOF衍生磷化物在电催化能源相关领域中的最新发展，包括电化学储能的优异性能、以及多样合成方法。此外，还讨论了MOF衍生磷化物的艰巨任务和可行性建议。

文章以“Metal-Organic Framework-Derived Phosphide Nanomaterials for Electrochemical Applications”为题发表在Carbon Energy。

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主要内容

       通过对MOF衍生磷化物纳米材料的潜力的全面了解，该论文进一步讨论了可能的研究方向，以促进其特性。

1. 现有MOF衍生磷化物纳米材料的可控的制备方法有限，进一步的研究应侧重于其合成策略创新。

2. 不难发现随着元素的增加，一些磷化物会表现出优异的性能。因此，作者建议使用元素掺杂并试图合成一些高熵磷酸盐，这对MOF衍生磷化物的研究可能会有所帮助。

3. MOF电子结构的原子级工程对于其衍生的磷化物纳米材料至关重要，应开发新策略来调整金属磷化物的电子结构。

        本文旨在为MOF衍生磷化物纳米材料的研究与利用提供一定的指导与参考。

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图文分析

1.      MOF衍生磷化物纳米材料的合成策略

MOF衍生的材料因其结构的可控性和成分的多样性被认为是一种具有很大潜力的新型材料。然而，在用传统的方式制备MOF衍生磷化物纳米材料时，难以得到尺寸更小的产物。在过去的几年里，科学家开发了多种策略，用于合成具有纳米结构、可控形貌和可控尺寸的MOF衍生过渡金属磷化物（TMP）提供了很多方法来。目前可用的合成策略可以分为几类：溶剂热法、热解法、水热合成法、模板法，以及微波辅助法、电化学法、超声化学法等方法。多方法组合策略也有广泛的使用。

我们分别总结了MOF衍生的单金属、双金属、三金属磷化物纳米材料以及其他复合纳米材料的制备方法。

2.      MOF衍生磷化物有的电催化性性能

新型可再生能源要求构建高效的无贵金属双功能电催化剂，用于析氧反应(OER)及析氢反应(HER)。金属磷化物作为一种能够同时催化OER和HER的新型电催化剂，具有良好的稳定性和较高的催化效率。同时，对MOF衍生金属磷化物在其他电催化反应中的应用，如氧化还原反应(ORR)、氢氧化反应(HOR)、二氧化碳还原反应(CO₂RR)、氮还原反应(NRR)、尿素氧化反应(UOR)、甲醇氧化反应(MOR)等的研究，也进行了总结。

3.      MOF衍生纳米材料的电储能性能

纳米结构材料在能源相关领域的应用得到了广泛的研究，同时，金属磷化物具有Li⁺、Na⁺和电子传输速率高、表面积高和电荷扩散路径短等优点，具有很好的潜在应用前景。为此，我们总结分析了MOF衍生磷化物在超级电容器(SC)、锂离子电池(LIB)、钠离子电池(SIB)和其他电池中的应用现状。

MOF 衍生磷化物纳米材料的研究正逐渐走向瓶颈，本文综述其在电化学催化和能源储存方面的研究，旨在为进一步研究提供参考。相信随着纳米尺度电化学研究的快速发展，MOF衍生磷化物纳米材料将在未来为电子设备带来技术上的根本突破，必将获得更广泛的实际应用。

图1. MOF衍生纳米磷化物方向发表文章的趋势数据统计及其制备策略。

图2. 常见的磷化物种类。

图3. MOF衍生磷化物的主要电化学应用。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文

论文标题：

Metal-Organic Framework-Derived Phosphide Nanomaterials for Electrochemical Applications

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.182

DOI:10.1002/cey2.182

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