Angew. Chem.：一种宏量制备二维MOFs的通用策略

来源：X一MOL资讯

金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）在电化学催化、液相催化、药物运输、气体储存和分离等领域有着广泛的应用前景。近年来，研究人员发现通过对MOFs材料的形貌和结构调控，特别是使MOFs材料以超薄薄片存在，可有效增加材料的不饱和配位点（Coordinatively Unsaturated Metal Sites, CUMSs），从而进一步提高其应用性能。

常见的MOFs薄片的制备方法有自上而下的（Top-down）剥离法和自下而上（Bottom-up）的原位合成法。剥离法是通过在溶剂中超声处理打断MOFs的层间范德华力或者氢键，从而将MOFs剥离成薄片。但这种方法只能适合于如Zn2(bim)4和[Cu2Br(IN)2]n等少数MOFs，而如MOF-74、ZIF-67、MOF-5和MIL等常见的MOFs却不能被剥离。液液界面原位合成法可用于Cu-BDC等MOFs薄片，但所适用的MOFs种类也有限。使用如聚乙烯聚吡咯烷酮（PVP）、4,4'-二吡啶、吡啶和甲酸等结构调控分子可实现MOFs的取向生长，从而原位合成如Cu(HBTC)-1和Cu-BDC等薄片。但结构调控分子会吸附于MOFs表面并掩盖其活性位点，从而影响其应用性能。因此，探索一种通用的免结构调控剂的高效制备MOFs薄片法仍存在很大挑战。

最近，澳大利亚昆士兰大学朱中华教授课题组和格里菲斯大学姚向东教授课题组开发了一种普适的基于金属氧化物薄片限域转化的双金属MOF薄片高效制备法。传统MOF-74是一种粒径可达数微米的块状MOF，且无法通过超声剥离成薄片。课题组在前期制备高活性金属氧化物薄片（M-ONS）的工作基础上（Adv. Mater., 2017, 29, 1606793；Nano Res., 2018, 11, 3509-3518），以M-ONS为前驱体，通过水热法使其与H4dobdc配体反应原位制得厚度低至2.6 nm的MOF-74薄片（M-MNS）。实验表明，在水热反应过程中，酸性的H4dobdc配体可将金属离子逐渐从M-ONS溶解出来，且由于配体分子的量远大于析出的金属离子量，金属离子一经析出就会在M-ONS表面与H4dobdc配位形成MOF-74的次级结构单元（SBUs），并最终形成MOF-74薄片。该方法还可适用于其他类型MOFs薄片的制备。另外，由于该法无需使用结构调控剂即可实现MOFs薄片的制备，可以避免因活性位点被掩盖所致的性能下降问题。

X射线吸收光谱确认FeCo-ONS在水热反应过程可被完全转化成FeCo MOF-74薄片（FeCo-MNS-1.0）。由于高活性CUMSs的存在和Co-Fe金属之间的相互作用，FeCo-MNS-1.0的电催化产氧性能（oxygen evolution reaction, OER）远优于FeCo-ONS前驱体和商用的RuO2。为获得150.0 mA cm-2的OER电流密度，FeCo-MNS-1.0仅需1.597 V的工作电压，远低于RuO2和FeCo-ONS所需的电压。其与商用Pt/C配对可高效电催化水分解，在2.0 V和2.3 V的电池电压下可分别取得221.0 mA cm-2和360.1 mA cm-2的电流密度，完全满足工业化全水分解的需求。其电催化水分解的稳定性也显著高于商用RuO2和Pt/C配对构成的电分解装置。本工作可为低维MOFs的形貌控制和宏量提供一种普适性的新途径，推动MOFs材料在异相催化中的实际应用。

相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章第一作者是昆士兰大学的庄林洲博士和南昆士兰大学的葛磊博士。