二维有序介孔金属-有机纳米网的通用构建

近年来，石墨烯的兴起带动了各种二维（2D）材料的蓬勃发展，这些材料具有较大的比表面积、丰富的活性位点、较高的机械强度和柔韧性等特点。但在实际应用中超薄的二维纳米片容易紧密堆积，从而导致材料的活性表面减少，离子输运路径延长和离子传输速率减慢。最近的研究表明，在二维材料上精心制造通透的孔道，可以加速物质的传输过程、增加边缘的活性位点，在一定程度上也可以改善其相应的物理性能，从而可以解决上述问题。时下，可以通过金属溅射、等离子体刻蚀、光刻或化学蚀刻等方法获得各种二维纳米网材料，包括金属、金属氧化物和碳（如石墨烯）等，但这些方法往往存在成本高、工艺复杂、产量低和可控性差等缺点。此外，可能因为金属有机快速的反应动力学和严格的制备条件，使用制备多孔材料的常规方法不易实现有序介孔的金属有机纳米网络结构材料的可控制备。

基于此，华东师范大学大学材料系刘少华（点击查看介绍）课题组通过控制两亲性嵌段共聚物和脂肪族含氟表面活性剂形成的超分子共组装，开发出一种通用方法可控制备二维超薄介孔金属膦盐纳米网材料。利用该方法，制备出的超薄介孔植酸铁纳米网，具有超薄的二维单层结构、六方排列的贯穿的有序介孔，以及较大的比表面积和孔体积。此外，使用不同的磷源（包括植酸、次氮基三（亚甲基）三膦酸、1-羟基乙烷-1,1-二膦酸和正磷酸）均能得到类似的金属膦酸盐纳米网结构，从而证明了该策略的通用性。更有趣的是，获得的介孔植酸铁纳米网材料可以进一步作为一种新型的反应性自模板，通过离子交换的方法，直接原位制备出其他材料的纳米网，比如硫掺杂的介孔金属膦酸盐纳米网材料。该材料可以为合成金属硫化物纳米网或其复合物提供了一种简单、可行的策略。

图1. 介孔金属膦酸盐纳米网的合成：（a）PS-b-PEO与PFCA在溶液中的超分子共组装体；（b）原生介孔金属膦酸盐纳米网的形成（c）去除模板后得到的成品。图片来源：Small

图2. 介孔植铁纳米网的形貌和微观结构图。图片来源：Small

该团队将制备的生物来源的介孔金属膦酸盐纳米网作为电极材料进一步探索了其锂离子存储性能。通过测试，发现该材料作为负极材料，有着较高的容量、良好的倍率性能和优秀的循环性能，优于先前报道的金属磷酸盐和膦酸盐等类似材料。

图3. 介孔植酸铁纳米网的锂离子存储性能图。图片来源：Small

该成果近期发表在Small 期刊上，文章的第一作者是华东师范大学的硕士研究生艾研，通讯作者是刘少华研究员。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

General Construction of 2D Ordered Mesoporous Iron‐Based Metal–Organic Nanomeshes

Yan Ai, Zhuolei Han, Xiaolin Jiang, Hao Luo, Jing Cui, Qinye bao, Chengbin Jing, Jianwei Fu, Jiangong Cheng, Shaohua Liu*

Small, 2020, DOI: 10.1002/smll.202002701

刘少华博士简介

刘少华 研究员，博士生导师。主要从事化学自组装和新型功能材料研究，在相关领域内取得了一系列有意义的成果，目前以第一作者和通讯作者身份发表Nat Commun. 2篇，Angew. Chem. Int. Ed. 3篇 和Adv. Mater. 2篇，以及其它论文近40篇，担任Nano-Micro Letters （SCI，JCR一区，即时影响因子: 13.3），Frontiers in Energy Research and Materials （Nature出版集团）和Trends in Nanotechnology & Material Science等期刊编委。

目前研究集中在新型结构（如低维、多孔、有序阵列等）和功能材料（如聚合物及其复合材料等）的设计及其性能开发，包括有序多孔和微孔聚合物、新型低维材料的可控合成与组装、纳米能源材料与器件、基于聚合物的新型传感检测等方向。

https://www.x-mol.com/groups/Shaohua_Liu