二维金属有机骨架纳米片最新综述

          近年来，以石墨烯和过渡金属硫族化物（TMDs）为代表的二维材料受到了科学界和工业界的广泛关注。得益于它们的超薄厚度（通常几个原子层厚）和片状结构，这些纳米材料展现出很多独特性质，在能源和器件等领域具有巨大的应用前景。受此鼓舞，科学家们也在积极寻找探索其它类型的二维材料，比如氮化硼，黑鳞等。


          金属有机骨架（MOFs）是由无机金属离子或团簇与有机配体组装形成的结晶性多孔材料。由于具有很高的孔体积和比表面积，以及可调变的结构和功能等特点，MOF材料在气体存储、分离、催化、传感以及生物医学等领域得到广泛应用。


          作为一类新型二维材料，二维MOF纳米片展现出很多不同于传统块体MOF材料的独特性质。比如，它们的超薄片状结构有利于气体分子的透过，有利于提高气体分离的效率。不同于块体材料活性位点主要在MOF的孔道内部，二维MOF纳米片会暴露大量的活性位点在片层表面，有利于底物分子与活性位点的接触，进而提高MOF在催化或传感领域的性能。因此，设计合成二维片状结构的MOF材料是一个很重要的研究方向，不仅可以提高MOF材料的性能，还可以拓展新的应用领域。


          一般来讲，人们采用两种方法合成MOF纳米片：自上而下的剥离法和自下而上的直接合成法。对于第一种方法，由于二维层状MOF具有很弱的层间作用力（范德华力或者氢键等），超声法就足以克服这些层间作用力，用来剥离块体材料制备MOF纳米片。而对于第二种方法，通常需要一些特殊手段来限制MOF材料在一个方向上的生长速率得到纳米片。

          近日，新加坡南洋理工大学张华教授及其科研团队总结了二维MOF纳米片的合成方法。文章首先介绍了超声剥离法和研磨-超声剥离联用法，其次总结了直接合成法，重点讨论了一些限制MOF的生长方向来制备MOF纳米片的技术，包括界面合成、三层溶剂合成以及表面活性剂辅助合成。


          文章总结了各个合成方法的优缺点，同时指出需要开发新的方法合成二维MOF纳米片，并且拓展二维MOF纳米片的应用领域。此外，文章还进一步介绍了提高二维MOF纳米片的性能的方法，即将二维MOF纳米片与其它纳米材料复合，制备基于二维MOF纳米片的复合材料。