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MOFs衍生碳基材料的可控制备及其催

化性能

摘要：

MOFs（金属有机骨架材料）是一类由中心金属离子或金属离子

簇与有机配体构成的三维结构材料，具有高度可调性和多孔性，

因此被广泛应用于气体吸附、分离和催化等领域。然而，MOFs

本身在实际应用中存在一些局限性，比如它们通常具有低耐久

性和易于失活，同时在实际应用中具有挑战性的也包括大规模

制备和后续处理。为了克服这些问题，研究人员已经开始探索

MOFs的衍生碳基材料，这些材料不仅保留了MOFs的多孔结构

和可控性，而且具有优异的催化性能。

本文概述了MOFs衍生碳基材料的可控制备方法，包括碳化、

热解和碳化-活化等方法，并介绍了这些方法的优缺点。随后，

本文综述了这些衍生碳基材料的催化性能，包括在催化脱氢、

催化氧化和电催化等领域中的应用。最后，本文讨论了未来

MOFs衍生碳基材料的发展方向和应用前景。

关键词：MOFs；衍生碳基材料；可控制备；催化性能。

正文：

Ⅰ.概述

MOFs（金属有机骨架材料）是由金属离子或金属离子簇与有机

配体构成的三维结构材料。它们具有高度可调性和多孔性，因

此在气体吸附、分离和催化等领域具有广泛的应用。然而，在

实际应用中，MOFs存在一些局限性，比如它们通常具有低耐

久性和易于失活，同时在实际应用中具有挑战性的也包括大规

模制备和后续处理。

为了克服这些问题，研究人员已经开始探索MOFs的衍生碳基

材料。这些材料不仅保留了MOFs的多孔结构和可控性，而且

具有优异的催化性能。因此，研究与开发MOFs衍生碳基材料

已成为当前催化材料领域的热点。

Ⅱ.MOFs衍生碳基材料的制备方法

MOFs衍生碳基材料的制备方法主要包括碳化、热解和碳化-活

化等方法。

1.碳化

碳化是指将MOFs在惰性气氛下加热至高温（800℃），过程

中有机配体失去碳、氢元素，在充氢或Ar中加热脱去金属设

备后得到的材料。碳化方法虽然简单易行，但获得的产品具有

相对较高的不均匀性和比表面积相对较低的问题。

2.热解

热解是指将MOFs在高温和空气中热解，然后通过酸浸得到的

材料。热解方法的优点在于产物的比表面积相对较高，但得到

衍生碳基材料的过程比较复杂，需要热解温度、热解时间等条

件的精确控制。

3.碳化-活化

碳化-活化法是指通过先碳化后高温氧化，再进行酸或碱强化

或氮化处理，最终获得具有高比表面积和孔径结构的衍生碳基

材料。这种方法不仅具有高效率，也可以精确控制产品的孔径

结构和比表面积。

Ⅲ.MOFs衍生碳基材料的催化性能

MOFs衍生碳基材料具有优异的催化性能，主要表现在以下几

个方面：

1.催化脱氢

MOFs衍生碳基材料在脱氢反应中具有较高的活性和稳定性，

主要应用于土地多醇、芳香族醇、氨基酸和氨等有机小分子的

脱氢反应中。

2.催化氧化

MOFs衍生碳基材料具有一定的催化氧化活性，可以用于催化

剂的合成，例如过氧化氢的分解、有机化合物的氧化等。

3.电催化

MOFs衍生碳基材料是电催化领域的有力候选人之一，它们能

够提高电化学催化活性和稳定性，例如用于阳极氧化还原反应、

电化学水分解等。

目前，MOFs衍生碳基材料的催化性能研究还处于起步阶段，

未来将会在设计新型催化剂、开发新型反应等方面探索更多可

能性。

Ⅳ.未来展望

MOFs衍生碳基材料具有高度的可调性和可控性，并展现出优

异的催化性能，因此具有良好的应用前景。未来，应继续开展

基于MOFs的研究，深入探究其衍生碳基材料的性能和结构，

优化制备方法，拓宽其应用领域，并探索与其他材料的催化协

同作用，以拓宽这一材料在催化材料领域中的应用

值得一提的是，随着MOFs衍生碳基材料的研究不断深入，人

们已经开始致力于将这些材料应用于环境和能源领域。例如，

MOFs衍生碳基材料可以用于制备高效的催化剂，使得废水和

空气污染物能够更加有效地处理和降解。同时，由于这些材料

具有较高的比表面积和可调性，也可以运用于制备高性能的超

级电容器和锂离子电池等能源领域，以满足不断增长的能源需

求。

总之，MOFs衍生碳基材料具有广阔的应用前景，同时也存在

着不少的挑战和问题，例如在制备过程中的选择性问题、产物

分离问题和大规模生产问题等。未来需要进一步深入研究并不

断发掘其应用价值，以便更好地发挥其在催化材料和能源领域

的潜在优势

随着全球经济的快速发展和人口的不断增长，环境和能源问题

也日益突出。传统的能源