金属负载型多孔碳膜的简便合成

多孔碳涂膜具有低密度、高导电性和化学稳定性，在气体吸附/分离、催化、燃料电池以及超级电容器等领域具有很好的应用前景。尤其是人们可以将金属纳米颗粒或纳米团簇嵌入这种碳质薄膜，形成金属掺杂炭（M/C）复合膜，如Pd/C、Pt/C、MO_x/C等，以此增加其催化活性，在工业催化应用中是一项非常关键的技术。目前改变M/C材料催化性能的主要难题是控制金属纳米颗粒的尺寸及其分布，得到均匀分散、具有多孔碳载体的纳米颗粒。寻找一种一步法制备这种复合碳膜的有效方式是当前面临的一个挑战。

目前有一类晶态材料——金属-有机骨架（MOF）已用于高温下碳化合成含金属的碳材料。但由于粉末形式的碳材料很难后处理形成均一的碳膜材料，进而用于高效率的催化反应中。通过液相外延法在基底生长MOF薄膜（SURMOF）具有许多优点，如厚度均匀、取向可控、表面平整以及可有效制备异质膜等。虽然SURMOF已经在不同的领域具有许多研究和应用，但通过煅烧制备多孔碳薄膜的方法尚无报道。通过液相外延法制备客体负载型MOF薄膜材料，再直接高温碳化形成金属掺杂碳膜的方法制备金属掺杂的碳膜具有均匀的金属负载、表面光滑、厚度可控和致密的特点。

中国科学院福建物构所的张健研究员（点击查看介绍）的研究团队在科技部973计划、国家基金委“无机-有机杂化功能材料”创新群体、中科院“新兴与交叉领域”项目和福建省“杰出青年基金”的资助下，在Si衬底上通过液相外延法制备不同厚度的SURMOF HKUST-1薄膜，然后碳化SURMOF来制备均匀的Cu掺杂多孔碳（Cu@C）薄膜。在煅烧之前，通过液相外延法制备的钛氧簇负载型HKUST-1薄膜可碳化形成均匀的TiO₂/Cu@C薄膜。不同的光降解实验表明这些载有TiO₂颗粒的负载碳薄膜具有高效的催化性能，因此由SURMOF模板合成金属掺杂多孔碳薄膜的简便方法提供了一种适用于各种催化应用的新型功能性碳涂层。

这一成果近期发表在Inorganic Chemistry 上，文章的通讯作者是福建物质结构研究所的张健研究员和谷志刚副研究员。

该论文作者为：Zhi-Gang Gu, De-Xiang Zhang, Wen-Qiang Fu, Zhi-Hua Fu, M. Ismail Vohra, Lei Zhang, Christof Wöll, Jian Zhang

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）：

Facile Synthesis of Metal-Loaded Porous Carbon Thin Films via Carbonization of Surface-Mounted Metal-Organic Frameworks

Inorg. Chem., 2017, 56, 3526–3531, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b03140

导师介绍

张健

http://www.x-mol.com/university/faculty/22956