中空金属有机骨架晶体的可控加工:酚酸的表面功能化协同增强刻蚀作用

属有机骨架材料(MOFs)是一类多孔晶体材料,在催化、分离、吸附以及能源存储与转化等等领域具有广泛的应用前景。由于MOFs的性质与其内部孔结构密切相关,实现中空结构MOFs的可控制备引起了研究人员广泛的兴趣。近年来,利用多种“软”、“硬”模板,研究人员使MOFs微/纳米晶在合成过程中发生原位聚集,通过移除模板,在聚集体内部成功引入空腔结构。由于这类原位的方法很大程度上受限于模板,并难以掌控MOFs的形貌与结晶度,有必要发展一类后续加工方法,通过对预先制备的MOFs颗粒进行后续加工, 可控的构造空穴。但是,由于MOFs在强酸、碱条件下稳定性欠佳,同时其表面性质复杂,很难找到合适的刻蚀手段来实现MOFs的可控加工。

AFM-huming

针对上诉问题,华东师范大学的胡鸣课题组与墨尔本大学的Frank Caruso课题组合作,采用了酚酸作为刻蚀剂,成功的在预先制备的MOFs晶体内部构筑了空腔,获得了中空多面体、中空球、中空棒、多壳中空结构以及yolk-shell结构。具有中空结构MOFs保持了原始的孔结构,证明MOFs的基本晶体结构在刻蚀后并未受到显著的破坏。研究发现,酚酸在刻蚀过程中首先被吸附在MOFs晶体表面,通过吸附使质子更易传输到MOFs晶体内部,在局域解离MOFs晶体。同时,由于酚酸吸附在MOFs表面,通过简单的配位反应,可为中空MOFs穿上一件铁-多酚网络的外衣。这个外衣可以吸收红外激光,将波长为808 nm的红外激光转化为热量,从而实现MOFs晶体在红外激光诱导下的光热可控释药。通过酚酸实现的MOFs晶体的可控刻蚀有望成为MOFs晶体湿化学可控加工的潜在途径,而可通过红外激光加热的铁-多酚网络外衣将为MOFs晶体在生物医药领域的应用带来更广阔的前景。相关研究工作发表在Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.201601193)上。

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