化学转化策略可以通过控制固体前驱体相变的结晶动力学，制造出结构明确、性能优异的纳米材料并应用于储能、电子学、化学传感等领域。MXene是一类二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，具有丰富的高电负性末端原子、较大的比表面积和较小的原子厚度等优点，已被用作前驱体制备多种纳米材料。与其他材料相比，MOF具有固有的孔隙率、丰富的反应位点和较大的比表面积等结构特点，在能量转换和储存、催化和气体分离等领域表现出巨大的潜力。然而，目前已报道的衍生MOF的MXene仅限于V2CTx。同时，去质子化的有机羧酸配体在蚀刻固体前驱体和进一步与释放的金属离子配位方面发挥着不可替代的作用。MOF的化学转化合成需要进一步扩大有机配体的多样性。因此，合理设计和合成新的MOF以扩大MXene和有机配体的种类，并进一步深入探索其合成机理仍是目前面临的重要挑战。
近日，南京邮电大学材料科学与工程学院、有机电子与信息显示国家重点实验室赵强教授、赵为为副教授团队和中科院福建物质结构研究所袁大强教授团队合作，提出了一种金属离子辅助转化策略，以二维Ti3C2Tx为前驱体，合成了具有非互穿srs框架的基于儿茶酚的三维TiCu-HHTP（HHTP = 2,3,6,7,10,11-六羟基三苯）MOF，成功扩展了耐酸性金属前驱体和有机配体的多样性。该策略表现出了良好的普适性，Ti3C2和辅助金属Cu2+离子可以扩展到V2C MXene和辅助金属离子Mn+（M = Ni2+、Co2+、Mn2+和Zn2+）。转化机制包括从Ti3C2纳米片到辅助金属离子的电荷转移、Ti-C键断裂以释放Ti4+离子以及Ti4+/Mn+与HHTP之间的强螯合配位协同促进形成TiCu-HHTP。同时，Cu2+离子的引入赋予了TiCu-HHTP表面氧化还原赝电容活性。独特的3D导电网络和丰富的氧化还原位点赋予了TiCu-HHTP-7/PPy复合透明导电电极（TCEs）快速的离子/电子传输和可逆的法拉第反应。在0.02 mA cm-2电流密度下，TiCu-HHTP/PPy TCEs的面积比电容值达到3.63 mF cm-2，明显高于纯PPy TCEs的面积电容值（1.79 mF cm-2）。TiCu-HHTP/PPy透明超级电容器在0.75 µW cm-2的功率密度下，能量密度为0.042 µWh cm-2。
相关成果以“Metal ion assistant transformation strategy to synthesize catechol-based metal-organic frameworks from Ti3C2Tx precursors”为题，于Science Bulletin在线发表。赵强教授、袁大强教授和赵为为副教授为共同通讯作者，王维康博士为第一作者。该工作得到国家杰出青年科学基金和国家自然科学基金面上项目等资助，受到南京大学袁帅教授团队的支持与帮助。
图1. 通过金属离子辅助转化法制备TiCu-HHTP的示意图
图2. TiCu-HHTP MOF的结构表征图
图3. 二维Ti3C2Tx纳米片衍生制备TiCu-HHTP MOF的形成机理及随时间变化的结构表征
图4. TiCu-HHTP对称超级电容器的电化学性能表征图
（撰稿：赵为为 编辑：陈宁娜 审核：仪明东）