以日本物質材料研究機構（NIMS）和早稻田大學爲中心的國際聯合研究團隊，開發出了在此前難以形成中孔的碳奈米片上形成無數中孔的方法，成功合成出了新的多孔碳奈米片。
圖1：多孔碳奈米片的合成程序。剝離MOF（左）後，透過碳化合成多孔碳奈米片（中間）。然後透過修飾催化位點，製備了在酸性條件下進行氧還原反應的電極觸媒（右）。（供圖：物質材料研究機構（NIMS））
普通的無孔二維奈米片相互堆疊時，最終會大幅失去比表面積，從而降低了在很多電化學領域應用的可能性。此次，研究團隊着眼於名爲有機金屬框架（MOF）的物質可以剝離成奈米片的現象，透過對剝離後的MOF奈米片進行碳化，成功合成了新材料。研究團隊開發的MOF片有很多中孔，即使製成電極時（即使再層疊），也能保留大量催化活性位點。
圖2：新合成的多孔碳奈米片電子顯微鏡照片（供圖：物質材料研究機構（NIMS））
這種片材是一種厚度僅1.5nm的超薄二維片材，表面有無數中孔，這些中孔貫穿了片材。二維多孔碳片上的中孔直徑從微孔到中孔（5nm左右）不等，可透過改變MOF的剝離條件和碳化條件等進行一定程度的調整。這種奈米片具有二維形態及高多孔性等其他二維奈米片和空間物質所不具備的特徵，有望廣泛應用於能量轉換和貯藏等電化學用途。
NIMS的山内悠輔組長表示：「爲進一步提高催化活性，我們將利用材料資訊學提取歸因於性能的重要因素和最佳值，並根據結果調整氮含量、表面積和孔徑等，以開發使用其他金屬元素的單位點觸媒。」
【詞注】
■金屬有機框架（MOF）：晶格金屬與有機配體相互配位鍵合形成網路，由此具備遠遠超過活性碳和沸石的表面積的多孔材料的總稱。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of the American Chemical Society
論文：Metal–Organic Framework-Derived Graphene Mesh: a Robust Scaffold for Highly Exposed Fe–N4 Active Sites toward an Excellent Oxygen Reduction Catalyst in Acid Media
DOI : pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00719
