2D-铑-异腈框架材料
上海交通大学庄小东等报道的本篇文章（Advanced Materials 2025, 2502192）中研究了二维金属有机框架（2D MOFs）的合成与应用。该研究成功合成了基于铑 - 碳（Rh–C）配位的 2D MOFs，使用异腈作为配体和 Rh(I) 作为金属节点。合成的 MOFs 具有优良的结晶性，准方形晶格网络，超窄带隙（0.1–0.28 eV），以及高达 560 ± 46 cm² V⁻¹ s⁻¹ 的短程电荷迁移率。此外，这些 MOFs 作为氮还原反应的电催化剂表现出色，氨产率高达 56.0 ± 1.5 μg h⁻¹ mgcat⁻¹，法拉第效率达到 87.1 ± 1.8%。原位实验揭示了催化过程中涉及 Rh(I) 的双通道机制。该工作为基于金属 - 碳配位的 2D MOFs 研究开辟了新方向，为高载流子迁移率和多功能光电器件的发展奠定了基础。
研究背景
1.行业问题：传统 2D MOFs 多依赖金属 - 杂原子配位，金属 - 碳配位的 2D MOFs 合成面临化学稳定性差、合成条件苛刻、操作复杂等问题，缺乏通用合成策略，限制了其结构与性能关系的建立及应用。
2.研究现状：其他学者尝试通过多种方法合成金属 - 碳配位的 MOFs，如界面合成、表面合成、溶剂热合成、逐层制备等，但这些方法存在缺陷，导致金属负载量低、稳定性差、结构表征困难。
3.本文创新：作者创新性地采用低配位的 Rh(I) 与异腈配体反应，直接将 Rh–C₄位点引入 2D MOFs 晶格，合成出空气稳定的 2D Rh-iCN MOFs，解决了金属 - 碳配位 2D MOFs 合成难题，为电催化剂设计提供了新思路。
实验和分析
1.材料合成与表征：
合成方法：通过 Rh(I) 与不同异腈配体的配位反应合成了 SJTU-201、SJTU-202 和 SJTU-203 三种 2D Rh-iCN MOFs。
表征手段：利用 PXRD、AC-HRTEM、DFT 计算等手段对材料的结晶度、晶格结构、堆叠模式等进行了详细表征与分析。PXRD 结果显示材料具有良好的结晶性，AC-HRTEM 观察到准方形晶格网络，DFT 计算预测了材料的半导体行为及带隙。
关键表征结果：FT-IR、Raman、¹³C SSNMR、XPS 和 EXAFS 等表征结果证实了 Rh–C 配位键的形成及配体的高配位度。
2.性能结果及原因分析：
电学性能：TRTS 测量表明 SJTUs 具有优异的短程电荷迁移率，归因于其超窄带隙及强层间相互作用。
催化性能：在电催化氮还原反应中表现出高活性与选择性，源于其明确的 Rh–C₄活性位点、低带隙、优良的电荷传输特性及高比表面积。理论计算表明 SJTU-201 的 d 带中心更接近费米能级，有利于氮气吸附。
总结
1.成功合成基于 Rh–C 配位的 2D Rh-iCN MOFs，证实其具有超窄带隙、高电荷迁移率及优异的电催化氮还原性能。
2.开创了金属 - 碳配位 2D MOFs 的合成新方法，为电催化剂设计提供了新思路，突破了传统 2D MOFs 的局限。
3.为高载流子迁移率材料及多功能光电器件的发展奠定基础，有望推动电催化领域的进步，为相关研究提供重要参考。
2D Rhodium-Isocyanide Frameworks
文章作者：Senhe Huang, Pu Yan, Zhiya Han, Hongyu Wu, Youcheng Wang, Jichao Zhang, Lei Yuan, Shuai Fu, Guanzhao Wen, Jinhui Zhu, Mischa Bonn, Hai I. Wang, Kecheng Cao, Xiaodong Zhuang
DOI：10.1002/adma.202502192
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202502192
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