近日，材料学部氢电能源材料创新团队联合中国科学院福建物质结构研究所、陕西师范大学和香港理工大学在有序超结构材料领域取得重要进展，相关成果以“Carbon Nanotubes Assembled Ordered Macro-Microporous Superstructure as Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Long-Life Rechargeable Zn–Air Batteries”为题发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上（中科院一区TOP, IF=19）。齐鲁工业大学（山东省科学院）为论文第一署名单位。本文的第一作者为材料学部2023级硕士研究生温世龙、中国科学院福建物质结构研究所马可和材料学部2024级硕士研究生张永芳，通讯作者为材料学部闫理停副教授、赵学波教授、中国科学院福建物质结构研究所韩丽丽研究员和香港理工大学王连洲院士。
三维有序大孔-微孔（3DOM）材料，特别是3DOM金属有机骨架材料（3DOM-MOF），因其具有分级有序分布的微孔和大孔，非常有利于反应物和产物的传输，从而提高催化活性。同时，3DOM-MOF除具有独特的有序大孔结构之外，兼具MOF中金属活性中心和碳均匀分布的特点，因此3DOM-MOF在构建有序多级超结构方面具有独特优势。与传统MOF相比，衍生的二次结构可以通过三维有序空间约束被限制在特定的范围内，从而减少无效组分的产生，这些高度有序独立微空间的在保持局部有序分布的同时，可以在二级结构间建立联系，进而提高电子和物质的传输。为了构建分级有序的多级结构，需要在保持原有大孔-微孔结构的同时，精确调控次级结构的生长，因此，需要严格控制材料合成的反应条件。
针对上述问题，课题组提出了一种简单而通用的空间限域策略，首次实现碳纳米管在3DOM-MOF有序大孔-微孔结构中的定向生长与可控组装，构建了由Co纳米颗粒（NPs）引导的碳纳米管桥接分级孔的一体化导电网络；解决了传统MOF衍生二次结构无序、无效组分多、空间区域无连接的问题，实现了“保留分级有序孔结构 + 增强电子传输”的双重目标，同时多视角探究了3DOM-MOF中碳纳米管生长的影响因素，为3DOM-MOF衍生碳纳米管可控生长提供了参考。
该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、济南市人才发展专项、齐鲁工业大学（山东省科学院）人才项目等项目的资助。
文章信息：
Carbon Nanotubes Assembled Ordered Macro-Microporous Superstructure as Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Long-Life Rechargeable Zn–Air Batteries. Advanced Functional Materials, 2026. DOI: 10.1002/adfm.202531733
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202531733