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中国科学家用“分子尺度的外科手术”制备多级孔金属有机骨架
发布日期:2021-04-13  访问量:

记者从中国科学技术大学获悉,该校刘波教授课题组提出了氨气气相蚀刻的方法,在羧酸配位的微孔金属有机骨架MOF中生成介孔,制备分级孔MOF。相关研究成果于日前发表在《德国应用化学》。论文的第一作者是校埃及留学生(博士生)MohamedK.Albolkany同学。

金属有机骨架(MOF)因其高的比表面积和结构的可调控性在诸如吸附、分离、气体存储,催化剂载体等方面展现出重要的应用场景。微孔MOF由于有限的孔道尺寸,客体分子在其中的扩散运动受到严重限制。在已经报道的八万多种MOF中,介孔MOF的比例还不到1%,同时多数介孔MOF的稳定性严重不足。分级孔金属有机骨架(HP-MOFs)同时含有微孔和介孔,且两者协同作用,既具有高比表面积和活性位点又有利于快速的传质过程,特别对大分子的吸附、分离、催化性能有重要影响。

氨作为气相蚀刻剂首先均匀的吸附于微孔MOF中,确保了MOF晶体内的均匀蚀刻科研人员在加热的条件下,利用氨气与金属的强配位作用,切断羧基-金属配位键制备介孔。研究发现介孔尺寸受蚀刻温度控制;而介孔孔体积可以通过改变蚀刻剂氨气的压力来调节这一策略能够在不影响晶体形貌的情况下精确控制介孔的尺寸和体积。由于MOF晶体的各向异性不同晶面的稳定性不同,进一步实现了晶面定向刻蚀。根据刻蚀程度的不同,得到三角形和/或矩形的介孔。更为重要的是,生成的介孔可以使用MOF前驱体溶液进行修复,从而将被吸附的分子(亚甲基蓝)包覆其中。这个刻蚀-修复的过程如同对微孔MOF实施分子尺度的外科手术一般。

这一成果实现微孔MOF中介孔性质的精准调控基于气相刻蚀的分子尺度外科手术式的策略为我们提供一个强大的工具来定制和调控多级孔MOF材料的性能,因而具有重要应用前景。

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