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氧还原反应中金属-有机骨架热剥离制备富缺陷石墨烯纳米网

       在二维(2D)材料中,石墨烯纳米网(GM)(即多孔石墨烯)是具有平面内纳米孔的二维单层或几层碳纳米片。与易于聚集的理想石墨烯纳米片相比,GM具有很高的比表面积和层之间可接近的垂直路径,这扩大了GM在能源相关系统中的应用。一步炭化金属有机骨架(MOF)已成为制备功能性杂原子和/或金属掺杂碳最为方便的方法。MOF衍生碳具有与MOF母体相同的形状和多孔性,因为大多数可以在温和条件下通过简单工艺制备的MOF具有三维(3D)晶体结构和形状。如何通过简单的碳化MOF前驱体才可以大规模制备功能性GM?虽然人们认为MOF衍生碳具有与MOF母体相同的形状和多孔性,但我们发现制备低维MOF衍生碳成为一个瓶颈。因为大多数可以在温和条件下通过简单工艺制备的MOF具有三维(3D)晶体结构和形状。
       在2019年9月国际材料纳米结构中心西夏博士等人在《Angewandte International Edition Chemie 》发表了一篇《氧还原反应中金属-有机骨架热剥离制备富缺陷石墨烯纳米网》文章,根据之前的研究发现,用水代替甲醇溶剂,可以将咪唑沸石骨架(ZIF)纳米粒子的种类扩展到具有2D晶体结构和形状的纳米层。采用亚硝酸锌和2 -甲基咪唑前体在水溶液中制备一种含锌的咪唑沸石骨架(Zn-ZIF-L)。然后把它作为前体。在惰性气氛下,使用金属氯化物作为剥落剂和蚀刻剂,将Zn-ZIF-L进一步剥落为超薄二维的N掺杂石墨烯纳米网(NGM)。这种NGM具有几微米的横向尺寸和1.3nm的碳纳米片的厚度,另外,在其表面上通过透射电镜能够清晰看到丰富的纳米孔。然后通过N2解吸/吸附实验证明了这种二维NGM具有高的比表面积和氮掺杂量以及丰富的分层孔。同时在与市场上Pt/C碳基催化剂进行比较时,对于ORR这种NGM在碱性/酸性电解质中都具有同样的催化活性。(AMSC  LB Ren编报)

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