惊呆了！看看科学家怎么用MOF转化制备石墨烯纳米带和碳纳米棒！

一维和二维碳材料由于其具有独特的性质，近些年受到广泛关注和研究，有望在很多领域取得很好的应用。然而，现有的制备低维碳纳米材料的方法大多比较复杂，面临制备过程耗能高、不能大规模制备等问题。因此，开发一种节能，简单，能够规模生产的方法显得尤为重要。

近日，日本国家先进工业科学技术研究所（AIST）Qiang Xu 等人报道了一种以金属有机框架MOF为自模板，在不需要任何催化剂的情况下，通过简单的保形热处理的技术，成功将MOF转化为碳纳米棒。制备的碳纳米棒经过简单的超声剥离和KOH化学活化处理后，成功转化为2-6层石墨烯纳米带。

制备方法

首先使用乙酸锌和2,5-二羟基对苯二甲酸 在水杨酸的调节下合成一维棒状的MOF-74经过高温热解碳化，形成一维的碳棒（GNRod），最后超声剥离并利用KOH活化形成石墨烯纳米带（GNRid）。

结构表征

B图为MOF-74的晶体结构单元，蓝色代表Zn,灰色代表C，红色代表O；C图为理论计算和实际测试的MOF-74的XRD，结果较为一致，说明成功制备出纯相的MOF-74; D图G图分别为MOF-74以及制备出的GNRod 和 GNRid 的N2吸附脱附测试，可以看出经过碳化以及活化等处理后，制备出的材料比表面积明显提高；E图为GNRod 和 GNRid以及多孔碳的XRD分析，在25°、44°都具有石墨碳的特征峰，说明在高温处理时，金属Zn已经被完全去除；f 图为三种碳的拉曼图谱，同样都出现了碳材料的D峰、G峰，ID/IG比值比较接近，说明此方法合成的过程中没有破坏碳的品质。

演变过程

a、b、c分别为不同区域的MOF-74-Rod 扫描电镜图，说明了合成棒状MOF的均一性；e-g和i-k为氩气环境下1000℃碳化后得到的碳纳米棒不同区域的扫描电镜和透射电镜图，可以看出热解后的样品很好地保持了原有的棒状结构；i-n和p-r为剥离活化后得到的石墨烯纳米带不同区域的扫描电镜和透射电镜图，清晰地显示了纳米带的结构。O图为石墨烯纳米带的AFM图，可以看出大多数片层在2-6层之间，50-70 nm宽，100-150 nm 长。

A图：一个简单超级电容器电池的概念模型图（电解质省略）。B图：GNRid，GNRod和MPC的电流 - 电压特性图比较，表明解体以及退火促使墨纳米带的导电性提高。C图：GNRid，GNRod和MPC的比电容与扫描速率的函数关系,在 10 mV s−1的扫速下具有最高的电容，达到了193 F g−1，当扫速增加到400 mV s−1时，电容下降了35%，为123 F g−1。

超级电容器性能

d、e、f图分别为石墨纳米带，碳纳米棒和MPC在不同扫速下的循环伏安（CV）图；g图为恒定电流下充电放电比较，可以看出石墨烯纳米带具有最好的电容性能；h图为石墨烯纳米带和碳纳米棒的阻抗谱图，其中石墨烯纳米带具有较低的电阻；i图看出石墨烯纳米带和碳纳米棒的相位角接近于90°，内置图片为拟合的电极电解液界面等效电路图。

石墨烯纳米带，碳纳米棒，多孔碳作为超电容电极材料性能对比。可以看出由于石墨烯纳米带具有层状结构，有益于离子的进入，具有更好的导电性快速传递电子的能力，增强了相互间的连通性具有最好的超电容性能。

总结展望

本文介绍了一种简单、实用、有效的方法制备是一维石墨烯纳米带和碳纳米棒，使得石墨烯在低能耗的基础上大规模制备成为可能。同时，作者发现制备的一维碳材料展现除了极其优越的的电化学性能，非常适合用以超级电容器的电极材料。该工作为有效制备一维二维碳材料提供了新思路，可以引导我们发展更多简单有效的方法，在能源器件领域具有更多更好的应用。

该工作发表于最新一期nature chemistry，原文链接：Fabrication of carbon nanorods and graphene nanoribbons from a metal–organic framework

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