近日，庞欢教授团队以MXene和MOF为研究对象，提出了一种MXene/MOF的通用合成策略。随后，以Ti₃C₂T_x/ZIF-67为原料，制备出一种具有优异电子和离子传输性能的三维空心Ti₃C₂T_x/ZIF-67/CoV₂O₆复合材料。该研究成果发表在Angewandte Chemie 《德国应用化学》。

MOF是一种性能优异的多孔材料，但传统MOF的稳定性较差，限制了其在电化学领域的实际应用。MXene则结合了高的类金属导电性、高亲水性和丰富的表面官能团，作为超级电容器电极材料时展现出了突出的电化学性能，因为这种层状结构可以同时插入分子与离子，单位体积内的比容量也优于一般碳基材。然而，MXene纳米片在层间范德华力和氢键作用下的聚集/自堆积严重影响了MXene的应用。

本设计中，利用MXene表面丰富的阴离子基团（如–OH、–O和–F）对金属离子的吸附作用，使Cu²⁺、Fe³⁺/Fe²⁺、Co²⁺和Zn²⁺通过静电相互作用吸附在这些端基位置上。因此，Cu-BTC、Fe,Co-PBA、ZIF-8和ZIF-67可以通过共沉淀法在MXene纳米片上原位生长。金属离子与表面基团交联，打破了MXene纳米片之间的静电斥力，成为MOF颗粒原位生长的成核位点。制备得到的系列MXene/MOF均可改善材料的聚集/自堆积问题。且由于MXene与MOF之间的协同作用，使材料的电化学性能得到了提升。进一步地，利用ZIF-67在碱性环境下与VO₃^─发生离子交换反应，对MXene/ZIF-67进行化学刻蚀。通过精确控制pH值、反应时间和温度，将MXene表面的ZIF-67部分转变成由CoV₂O₆纳米颗粒组装的空心纳米笼，得到具有多级分层空心结构的MXene/ZIF-67/CoV₂O₆复合材料。这不仅解决了MOF导电性差的问题，而且大大缩短了电荷的传输距离，使材料的电化学性能得到了进一步提升。本研究为MXene/MOF复合材料及具有可调结构和组成的复杂空心结构的设计和合成开辟了一条新的途径。

电解质/电子在MXene, MXene/ZIF-67和MXene/ZIF-67/CoV₂O₆中的传输示意图

文章信息：Chunli Liu, Yang Bai, Wenting Li, Feiyu Yang, Guangxun Zhang, Huan Pang. In Situ Growth of Three-Dimensional MXene/Metal-Organic Framework Composites for High-Performance Supercapacitors. Angew. Chem. Int. Ed. 2022. DOI: 10.1002/anie.202116282. IF = 15.336.

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202116282