近几十年来,金属有机框架材料(MOF)发展迅速,热度有增无减,是材料领域无愧的“流量明星”。然而由于MOF中金属离子通过与非氧化还原活性有机配体连接,且配体与金属原子之间无法共轭,造成大多数MOF载流子迁移率较差,电导率很低,严重地限制了它们的应用。
导电MOF发展
在过去的几年间,具有高载流子迁移率和出色电导率的MOF材料在全世 界掀起了研究热潮,这种MOF被称为导电MOF。导电MOF的发展历史较为短暂,其从研究制备到应用仅有短短十几年,而近几年则是其发展的黄金时期。
导电MOF的出现,可以追溯到2009年,日本京都大学的Hiroshi Kitagawa教授课题组率先成功制备了Cu[Cu(pdt)2]材料,该材料在300 K的温度条件下表现出较高的电导率(约6x10-4 S cm-1)。之后,导电MOF材料迅速吸引了各类顶尖研究人员的注意,鲍哲南、Mircea Dinca等大牛纷纷展开研究。
2014年以后,导电MOF的研究进入快速发展阶段,材料种类得到极大的丰富,导电机理也开始被深入的研究,在电化学领域的应用逐渐得到重视。2015年,中国科学院化学研究所的徐伟和朱道本研究员报道了导电MOF Cu-BHT,其电导率达到了超高的1580 S cm-1,自此,导电MOF迎来了井喷式的发展。


石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化,并贡献剩余一个p轨道电子形成π键,π电子可以自由移动,赋予石墨烯优异的导电性。石墨烯是目前已知导电性能出色的材料,常温下石墨烯电子迁移率超过15000cm2/V·s,比碳纳米管或硅晶体还高,而电阻率只约为10-6Ω·cm,比铜或银更低,是电阻率小的材料。这些优异的性能使石墨烯在高性能电池、超级电容、微纳机电器件及复合材料诸多领域都有潜在应用。
应用案例1:导电印染
客户将导电浆料印刷在织物表面,制成微发热印染制品,12V低电压通电90s发热40-43度。
应用案例2:能源电池
在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。如果将石墨烯和炭黑混合后作为导电添加剂加入锂电池可以有效降低电池内阻,提升电池倍率充放电性能和循环寿命。客户将石墨烯粉体添加到电池的正极和集流体中,放电容量提升8%,电极电压显著提升。
应用案例3:防静电电缆绝缘皮
客户将少量石墨烯添加到PP塑料制成电缆外层绝缘皮,达到了防静电效果,耐磨防腐性能也有所提升

