金屬有機(jī)框架（MOFs）材料是一類新興的多孔材料，其獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)、可修飾性和穩(wěn)定性等諸多性質(zhì)引起了人們很大的研究興趣。基于這些特殊的性質(zhì)，MOFs在氣體存儲/分離、催化、傳感等方面有著重要的應(yīng)用。然而，大多數(shù)MOFs內(nèi)部缺乏自由的載流子，因而導(dǎo)電性較差，這很大地限制了其電化學(xué)應(yīng)用。如何制備導(dǎo)電性能優(yōu)良的MOFs逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近日，清華大學(xué)化工系張如范副教授團(tuán)隊(duì)對目前導(dǎo)電MOFs的制備與應(yīng)用的進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對導(dǎo)電MOFs材料的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

文章先介紹了相關(guān)MOFs的導(dǎo)電機(jī)理及測量方法，導(dǎo)電機(jī)理主要包括：Band transport、Hopping transport、Intervalence charge transfer和Constructing MOFs composites。根據(jù)MOFs材料的導(dǎo)電性及形態(tài)的不同，測量方法可以分為2-contact probe法、4-contact probe法、4-point probe法和van der Pauw法。其次，作者系統(tǒng)歸納了導(dǎo)電MOFs的合成方法，包括直接合成法和后合成修飾法，其中，直接合成法主要包括：選擇多價(jià)金屬離子、設(shè)計(jì)特定有機(jī)配體以及與導(dǎo)電材料的復(fù)合，后合成修飾法主要包括：引入金屬團(tuán)簇和配合物、結(jié)合有機(jī)物、封裝聚合物、添加導(dǎo)電添加劑以及特定氛圍下的煅燒處理。無論是直接合成法還是后合成修飾法，都可以**降低MOFs材料內(nèi)部的電荷傳輸能壘，從而提高導(dǎo)電性。在機(jī)理研究和合成方法的基礎(chǔ)上，作者對近年來發(fā)展的具有多孔性、高比表面、結(jié)構(gòu)可控等諸多優(yōu)良性質(zhì)的導(dǎo)電MOFs在化學(xué)傳感器、光伏器件、二次電池、超級電容器、電催化等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了簡要概括。 

導(dǎo)電MOFs的設(shè)計(jì)合成方法 

導(dǎo)電MOFs在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用

作者對導(dǎo)電MOFs的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。MOFs作為一類重要的有機(jī)-無機(jī)雜化材料，到目前為止已經(jīng)得到了大量的研究，其較差的導(dǎo)電性大大限制了MOFs材料的應(yīng)用。在已知的眾多MOFs中，導(dǎo)電MOFs所占的比例非常小，但是導(dǎo)電MOFs在傳感器、儲能、電催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出非常大的應(yīng)用潛力，新型導(dǎo)電MOFs的設(shè)計(jì)合成和應(yīng)用研究已勢在必行，這也為我們在MOFs領(lǐng)域的研究帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。作者認(rèn)為，新型導(dǎo)電MOFs的構(gòu)筑將主要圍繞活性配體和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成、引入活性客體以及與其它導(dǎo)電物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合等幾個(gè)方面展開，此外，結(jié)合理論計(jì)算揭示導(dǎo)電機(jī)理可以進(jìn)一步促進(jìn)導(dǎo)電MOFs的發(fā)展。隨著導(dǎo)電MOFs的進(jìn)一步發(fā)展，其在傳感器、儲能、電催化等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用必將會越來越廣泛，從而大大促進(jìn)MOFs材料的發(fā)展。

本研究以綜述形式成果在線發(fā)表于Small Methods （DOI: 10.1002/smtd.202000396）。