以日本物质材料研究机构（NIMS）和早稻田大学为中心的国际联合研究团队，开发出了在此前难以形成细孔的碳纳米片上形成无数细孔的方法，成功合成出了新的多孔碳纳米片。
图1：多孔碳纳米片的合成过程。剥离MOF（左）后，通过碳化合成多孔碳纳米片（中间）。然后通过修饰催化位点，制备了在酸性条件下进行氧还原反应的电极催化剂（右）。（供图：物质材料研究机构（NIMS））
普通的无孔二维纳米片相互堆叠时，最终会大幅失去比表面积，从而降低了在很多电化学领域应用的可能性。此次，研究团队着眼于名为有机金属框架（MOF）的物质可以剥离成纳米片的现象，通过对剥离后的MOF纳米片进行碳化，成功合成了新材料。研究团队开发的MOF片有很多细孔，即使制成电极时（即使再层叠），也能保留大量催化活性位点。
图2：新合成的多孔碳纳米片电子显微镜照片（供图：物质材料研究机构（NIMS））
这种片材是一种厚度仅1.5nm的超薄二维片材，表面有无数细孔，这些细孔贯穿了片材。二维多孔碳片上的细孔直径从微孔到中孔（5nm左右）不等，可通过改变MOF的剥离条件和碳化条件等进行一定程度的调整。这种纳米片具有二维形态及高多孔性等其他二维纳米片和空间物质所不具备的特征，有望广泛应用于能量转换和储藏等电化学用途。
NIMS的山内悠辅组长表示：“为进一步提高催化活性，我们将利用材料信息学提取归因于性能的重要因素和最佳值，并根据结果调整氮含量、表面积和孔径等，以开发使用其他金属元素的单位点催化剂。”
【词注】
■金属有机框架（MOF）：晶格金属与有机配体相互配位键合形成网络，由此具备远远超过活性炭和沸石的表面积的多孔材料的总称。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Journal of the American Chemical Society
论文：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
