通过高功率连续激光诱导快速合成方法制备Ni-Co金属有机框架（Ni-Co MOF）结构及其形貌、结构、光物理和电学性质研究

《Polymers》：Synthesis of Ni-Co Metal–Organic Framework (Ni-Co MOF) Structures by High-Power, Continuous Laser-Induced Rapid Synthesis Method and Investigation of Their Morphological, Structural, Photophysical, and Electrical Properties

　　

研究人员通过快速激光方法，采用连续波Nd:YVO₄激光器（λ = 975 nm），在88–90°C下于DMF/H₂O溶液中70分钟内合成了金属含量分别为2:1和1:2摩尔比的Ni-Co双金属金属有机框架（Metal-Organic Framework, MOF）。研究人员研究了这些框架及其还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide, rGO）复合材料以粉末和UV固化PEGMEA/PEGDA薄膜形式的形貌、孔隙率、光物理、电化学和介电特性。Ni₂Co₁MOF框架的BET比表面积为88.3 m² g^?1，总孔容为0.022 cm³ g^?1，而Ni₁Co₂MOF框架的BET比表面积为52.5 m² g^?1，总孔容为0.016 cm³ g^?1。将1至10 wt.%的rGO掺入框架中改变了材料的电荷传输和极化性质。在0.5 M HCl中对10 wt.% rGO-Ni₁Co₂MOF复合材料的电化学研究表明，其在10 mV s^?1下的比电容为32.3 F g^?1，且400次循环后保持了98%的电化学响应，而10 wt.% rGO-Ni₂Co₁MOF的保持率为96%。电化学响应由扩散控制的离子传输和赝电容共同组成。在聚合物复合物中引入1至10 wt.%的rGO改善了导电性，且在低rGO浓度下低频时的Maxwell–Wagner–Sillars界面极化增强，而过高的rGO含量导致团聚和导电相影响的降低。本研究的主要贡献在于提出了一种亚100°C的快速合成方法，用于制备组成可调的Ni-Co框架/rGO材料，并揭示了金属比率、多孔结构、界面电荷传输和介电响应之间的关系。

**Ni-Co金属有机框架的激光快速合成与性能研究**

金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是由金属离子或金属团簇与有机桥连配体通过配位键自组装形成的结晶性多孔材料，具有高比表面积、可调控的孔道结构以及丰富的金属活性位点，在气体吸附与分离、化学传感、多相催化和电化学储能等领域具有广阔的应用前景。然而，传统MOF合成方法——如溶剂热法、水热法和缓慢共沉淀法等——通常需要在120°C以上乃至更高的温度、高压密封条件下进行，反应时间从数小时到数天不等，存在能耗高、耗时长、产率不稳定和难以规模化生产等突出缺点。此外，MOF材料本征的电导率较低，制约了其在电化学能量存储与转换器件中的实际应用。因此，开发快速、节能、可规模化且能够有效改善MOF导电性的合成策略，已成为MOF材料领域亟待解决的关键问题。

针对上述挑战，研究人员提出了一种基于高功率连续波激光诱导快速合成（Laser-Induced Rapid Synthesis, LIRS）的新方法，以Nd:YVO₄连续波激光器（λ = 975 nm）作为能量源，在DMF/H₂O（1:1，v/v）混合溶剂中，于88–90°C的温和温度下仅用70分钟即成功制备了Ni/Co摩尔比分别为2:1和1:2的双金属Ni-Co MOF材料，合成产率分别达到90%和85%。与传统溶剂热法（通常需数小时至24小时以上）相比，该方法的合成时间缩短了一个数量级以上