相互接続された Cu2O ナノワイヤアレイの表面を HKUST でコーティング

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13858 (2023) この記事を引用

139 アクセス

メトリクスの詳細

金属有機フレームワーク（MOF）の結晶化をナノスケールで制御することは現在困難であり、これが光（電気）化学やセンサーなどの複数の用途へのMOFの利用を妨げています。 この研究では、Cu2O ナノワイヤの表面における MOF ナノ粒子の結晶化を広範に制御しながら、導電性支持体上に立つ高度に均質な Cu2O@MOF ナノワイヤの調製を可能にする合成プロトコルを示します。 Cu2O ナノワイヤは、最初にテンプレート電着によって調製され、次にパルス電気化学酸化によってよく知られている Cu-MOF HKUST-1 に部分的に変換されました。 Cu2O を HKUST-1 に電気化学的に酸化する際にキャッピング剤として PVP を使用すると、Cu2O ナノワイヤ表面の MOF ナノ結晶の成長が制御され、得られる MOF 結晶のサイズを調整できることを示します。電解液に溶解したPVPの濃度を変えることによって。 さらに、キャッピング剤の使用を避けるべき場合に、得られるMOFナノ結晶のサイズを制御するための代替手段として安息香酸の使用を提案します。

金属有機フレームワーク (MOF) は、ガス貯蔵 1、ガス分離 2、センサー 3、薬物送達 4、不均一 (光) 触媒 5、6、7 など、幅広い用途に高い期待を持つ結晶性ナノ多孔質材料の一種です。 近年、MOF コミュニティでは、ナノスケール領域 8 での MOF 結晶成長の調整を可能にする合成方法、つまり、マイクロ波 9、ソノケミカル 10、ソルボサーマル 11、マイクロエマルジョン 12、および液滴ベースのマイクロ流体合成13. ナノスケールでの MOF 結晶のサイズ制御は、MOF のナノ多孔質構造を通じた反応種の拡散が効率の点で非常に重要な役割を果たす不均一系触媒の分野で特に重要です 14。

MOF の加工性と大規模調製の観点から非常に有望であると考えられている別の種類の合成方法は、電気化学合成です 15、16、17。 陽極酸化 18、還元的脱プロトン化 19、ガルバニック置換 20、電気泳動堆積 21 などのさまざまな電気化学的方法の中で、適切な有機リンカーを含む電解質に浸漬された金属基板の陽極酸化は、穏やかな合成条件などのいくつかの利点があるため、最も広く使用されています。 、非毒性の溶媒と短い反応時間。 これまでに、HKUST-122、ZIF-823、MIL-10024、MOF-525、UiO-6626 など、多くのよく知られた MOF が陽極酸化によって合成されています。

金属陽イオンがさらに酸化できる場合には、金属基板に加えて、金属酸化物も陽極酸化による MOF の製造の出発材料として使用できます。 たとえば、Cu2O 中の Cu+ イオンはさらに酸化されて Cu2+ となり、Cu ベースの MOF の形成が促進されます。 私たちの知る限り、Cu2O の直接陽極酸化による Cu ベースの MOF の電気化学的合成はまだ研究されていません。 しかし、最初に Schäfer らによって示され 27、次に我々の最近の研究 28 によって、金属 Cu から MOF HKUST-1 への電気化学的変換中に中間体として Cu2O が形成されることが確認されたため、ここで我々は、Cu2O も可能であることを提案する。 Cu ベースの MOF を電気化学的に製造するための出発物質として直接使用できます。 さらに、HKUST-1 は、化学蒸着 (CVD)、ソルボサーマルまたはゾルゲル合成などの技術を使用して、Cu または CuO 膜や水酸化銅 (II) などの Cu ベースの前駆体の変換によって調製されました 29,30,31。

Cu2O ナノ構造は、太陽光発電 32、光電気化学的水分解 33、リチウムイオン電池 34、センサー 35、触媒 36 など、多くの用途の有望な候補として提案されています。 Cu2O ナノワイヤは、特に光電気化学 (PEC) 水分解の分野で注目されています 37。その形状により、その長さ全体にわたって効率的な光吸収が可能である一方、少数電荷キャリアは直径全体にわたって収集され、井戸に関連する問題を効果的に克服できるためです。この材料の光吸収深さと少数電荷キャリアの拡散長との間の不一致が知られている38、39。