金属-有机结构资料（metal-organic framework, MOF）/多孔配位聚合物（Porous coordination polymer, PCP）作为新的导电固体资料宗族展示了广泛的使用潜力，并现已在燃料电池、电池、超级电容器、催化、传感、电学器材、热电器材和自旋阀等使用范畴展示了诱人的潜力。在曩昔十年间，很多新的买卖战略被展开出来，使得合理买卖电子导电和质子导电MOF资料渐渐的变有或许。本文体系论述了电子导电MOF和质子导电MOF的近期展开，包含资料制备、电导率测验、导电机理和使用范畴。别的，本文也论述了导电MOF范畴中的严重打破、现在现状和存在的应战。整体来说，导电MOF范畴在2009-2019的十年间迎来了爆发式的展开，很多的行之有用的作业使导电MOF资料进入了一个机会和应战并存的新的展开纪元！信任经过试验科学家、理论及核算化学家的密切协作，导电MOF范畴的更大打破未来可期！
Conductive MOFs
Wen-Hua Li, Wei-Hua Deng, Guan-E Wang, Gang Xu
EneryChem,2, 100029 (2020).
DOI:10.1016/j.enchem.2020.100029
全文链接：
https:///science/article/pii/S258977802030004X
研讨布景：
金属-有机结构资料（MOF），又称多孔配位聚合物（PCP），是一类由金属节点/簇和有机配体拼装而成的多孔晶态固体资料，在曩昔二十年间取得了广泛的重视。MOF资料具有永久孔隙、高晶态、明显的比外表积、功用可调及拓扑结构多样化等特色，因而在动力存储和转化、气体存储和别离、催化、传感、生物医药及离子传导等范畴取得了广泛的使用。
MOF资料代表的是介于无机（“硬资料”）和有机（“软资料”）资料之间的杂化渠道。虽然电子导电MOF的研讨早在2009年即由日本京都大学的Hiroshi Kitagawa教授课题组展开，可是仅在曩昔五年间（2014-2019），高电子导电率MOF资料（电导率>10-3S cm-1）才迎来加快速度进行展开（图1a）。优异的电荷传输才能兼具高比外表和孔隙率，使MOF资料适用于许多范畴，比方电催化、化学电阻型传感器、超级电容器、电池及电子器材等。虽然很多的高导电性MOFs最近被报导出来，但是，对MOF中电子-晶格相互作用、电荷传输途径等依然缺少深化的了解。将来，仍亟需更多的试验依据和更准确的理论核算来提醒MOF资猜中的导电机制。质子导电MOF资料的研讨则更早，在1979年即被报导，但是一向缺少对机理的研讨。直到2009年，H. Kitagawa, S. Kitagawa和Shimizu等课题组开端研讨晶态MOF资猜中的质子导电行为，质子导电MOF资料迎来大展开（图1b）。曩昔十年间（2009-2019），很多高质子导电乃至超质子导电的MOF资料被报导出来。
图1导电MOF资料展开时间线：（a）电子导电MOF；（b）质子导电MOF。
本文体系总述了导电MOF的近期展开：对电子导电MOF，首要会集在组成办法，电荷传输机理和使用研讨；对质子导电MOF，则要点总结了导电机制，质子来历及质子导电MOF类型。最终对导电MOF范畴存在的应战和机会进行了展望。
内容简介：
一、电子导电MOF资料
1.1组成办法
水热/溶剂热法现已大范围的使用在导电MOF资料的组成，由于其高压高温环境能提高反应物的溶解性，天然冷却后简单取得MOF微晶或许单晶。但是，晶体的延展性差，缺少柔性，较难展开使用研讨。近年，界面辅佐的组成办法成为导电MOF研讨中的重要办法，界面类型包含液-液界面、气-液界面、液-固界面及气-固界面，依此展开出丰厚多样的导电MOF界面组成办法（如图2所示）。
图2已报导的界面辅佐法组成导电MOF资料：(a)液-液界面组成；(b)气-液界面组成；(c) Langmuir-Blodgett办法；(d)固-液界面组成, d-i代表液相外延层层自拼装，d-ii代表模板自拼装法；(e)自献身模板法；(f)固体外表自拼装法。
1.2 MOF的电子导电机理
MOF具有高电子导电率的条件是一起具有高载流子搬迁率和高载流子浓度。关于MOF资料而言，金属节点的高能量电子（如Cu2+）或许氧化复原活性的配体（如苯醌基配体）均可作为载流子来历。MOF里的电荷传输取决于轨迹的空间和能量的交叠程度：增强轨迹堆叠能有用提高MOF结构的载流子搬迁才能。现在，导电MOF中或许的传输形式可分别从化学和物理视点描绘：（i）从化学买卖视点，导电MOF可分为两类，即“经过空间（through space）”和“经过价键（through bonds）”传输；（ii）从物理视点，“跳动（hopping）理论”和“能带（band）理论”可以反映出导电MOF本征的电荷传输性质（图3）。
图3MOF中已报导的导电机制：(a)从化学买卖视点，分为“经过空间”传输和“经过价键”传输；(b)从物理视点，可从“跳动”机制和“能带理论”来描绘。
1.3电子导电MOF的使用范畴
因其结构可调谐性、无机-有机杂化特性、高比外表积和高电子导电率，电子导电MOF作为多功用资料取得了广泛的重视，现在现已在化学电阻型传感、动力存储和转化、电催化、场效应晶体管、热电器材、磁性半导体及有机自旋阀等范畴展示了优异的功能。
二、质子导电MOF资料
2.1 MOF的质子导电机理
现在，MOF质子导体中包含两种质子传输的机制，分别是Grotthuss机制和Vehicular机制（图4）。Grotthuss机制也称为质子跳动机制，质子通路由无限的氢键网络组成，所需活化能较低（Ea3O+，NH4+等，其所需活化能较高（Ea>0.4 eV）。
图4质子导电MOF资猜中的质子传输机理：Grotthuss机理和Vehicular机理
2.2质子导电MOF的质子来历
一般来说，MOF资猜中有三种质子来历：榜首种来历于坐落孔道中的抗衡离子，如H3O3+，NH4+，NH2(Me)2+，H2PO4-和OH-，它们在资料组成过程中即被引进，使结构坚持电中性。第二种是结构中有机部分润饰有悬挂的酸性官能团，如-(SO3H)，-(COOH)，和-(PO3H2)。以上两种来历被称本征质子来历。第三种是质子化的有机分子，如咪唑类，或许电中性的非挥发性酸，如H2SO4和H3PO4。（图5）
图5MOF质子导体中的三类质子来历：（a）Type I:坐落孔道中的抗衡离子；（b）type II:有机配体中悬挂的酸性官能团；（c）type III:坐落孔道中的含质子有机分子或许电中性的非挥发性酸。
2.3质子导电MOF的类型
依据测验操作环境，质子导电MOF资料分为三类，分别是有水条件下的MOF质子导体、无水条件下的MOF质子导体及二者兼具的MOF质子导体。依据样品的描摹，则可分为微晶、单晶、薄膜和玻璃态。虽然很多质子导电MOF资料被不断被报导出来，MOF作为质子导体依然面对一些严重应战，如足够高的质子导电率（> 0.01S cm-1），化学和热稳定性，机械强度，成膜性等。信任经过对质子导电MOF的构-效联系的深化了解，可期待在本范畴迎来更大的打破！
作者简介：
李文华博士后，中国科学院福建物质结构研讨所
2009.09-2013.07烟台大学，学士
2013.09-2019.07中国科学院福建物质结构研讨所，博士
2017.10-2018.10日本京都大学，联合培育博士
2019.08-至今中国科学院福建物质结构研讨所，博士后
李文华博士结业于中科院福建物质结构研讨所，现在从事博士后研讨（协作导师：徐刚研讨员），首要研讨方向为导电金属-有机结构资料的组成及使用研讨，以榜首作者或许一起榜首作者在Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A宣布论文2篇。
徐刚研讨员，中国科学院福建物质结构研讨所
1999-2003年 华侨大学，学士
2003-2008年 中国科学院福建物质结构研讨所，博士
2008-2010年 香港城市大学，博士后
2010-2011年 德国雷根斯堡大学，博士后
2011-2013年 日本京都大学，博士后
中国科学院福建物质结构研讨所博士、研讨员、课题组长。首要研讨方向为导电配位聚合物的买卖制备及其在电学器材方面的使用基础研讨。已宣布SCI论文90多篇，其间以通讯作者身份宣布JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.，Nat. Commun.等影响因子大于10的论文11篇。论文他引3000屡次，单篇最高他引260次，获选ESI TOP 1%高被引论文4篇，热门论文2篇。现在作为课题负责人承当有国家优秀青年科学基金项目、国家天然科学基金面上项目、中科院前沿要点研讨项目、福建省天然科学基金杰出青年项目等。
