CuCo-MOF，CuCo 雙金屬有機框架納米顆粒的介紹

CuCo 雙金屬有機框架納米顆粒（CuCo-MOF）是一類由銅（Cu）和鈷（Co）兩種金屬中心與有機配體通過配位鍵自組裝形成的晶態多孔材料。這類材料結合了雙金屬協同效應和金屬有機框架（MOF）的高比表面積、可調控孔道結構等特性，在電催化、光催化、環境修復和能源存儲等領域展現出廣闊的應用前景。

一、材料特性

1. 雙金屬協同效應
   Cu和Co的共摻雜可優化電子結構，提升催化活性。例如：

• 析氫反應（HER）：在Cu-CAT納米棒中引入Co后，氫吸附自由能（ΔGH*）從0.46 eV降至0.14 eV（接近Pt的0 eV），顯著降低過電位（堿性條件下僅需52 mV驅動10 mA/cm2電流密度）。

• 過氧單硫酸鹽（PMS）活化：CuCo-BDC材料中，Cu-Co電子轉移促進Co(III)/Co(II)循環，污染物降解速率達Cu-BDC的300倍。

2. 高比表面積與介孔結構

• 二維CuCo-BDC納米片比表面積達數百平方米每克，介孔尺寸（2-50 nm）促進傳質，提升催化效率。

• 納米纖維復合材料（CuCo-MOF@NF）通過靜電紡絲技術制備，兼具柔性與高穩定性，適用于連續流催化反應。

3. 可調控的合成方法

• 水相室溫合成：以Na?BDC為配體，避免高溫高壓和有毒溶劑，降低生產成本。

• 溶劑熱法：適用于制備結晶性良好的塊體材料，但需控制反應條件以防止團聚。

• 光誘導還原法：在MOF孔道內原位構筑Cu單原子與Cu摻雜Au納米顆粒，實現CO?光還原生成乙烷（C?H?），電子選擇性達71.1%。

二、應用領域

1. 電催化

• 析氫反應（HER）：CuCo-CAT/CC（碳布基底）在堿性和中性介質中表現出與Pt/C相當的活性，且穩定性優異（1000次循環后性能無衰減）。

• 氧還原反應（ORR）：雙金屬位點協同促進氧分子吸附與還原，有望替代貴金屬催化劑用于燃料電池。

2. 光催化

• CO?還原：基于MOF的Cu單原子與Cu摻雜Au納米顆粒協同催化，將CO?轉化為高附加值燃料（如C?H?），為碳中和提供新路徑。

• 污染物降解：CuCo-BDC在可見光下活化PMS，30分鐘內去除率>93%的磺胺甲惡唑（SMX）等污染物。

3. 能源存儲

• 超級電容器：CuCo-MOF的高比表面積和導電性提升電荷存儲能力，循環穩定性優異。

• 鋰離子電池：作為負極材料，雙金屬協同效應緩解體積膨脹，延長電池壽命。

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