温度响应结构转变的智能稀土铕–有机框架材料

ADVS

热响应或者温度响应的智能材料是一类能够感知、判断外部环境温度的变化,并依此刺激做出适当处理且本身可执行可变的结构及性质的新型功能材料,已成为材料学的热点研究方向,目前常见的如形状记忆合金,热响应高分子及溶胶-凝胶等。

金属有机框架(MOFs)材料由于其具有组成和结构可裁性,已经在气体吸附与分离,分子识别及催化等领域中展现出良好的应用前景,成为材料学中的前沿研究领域之一,引起了科学工作者们广泛地关注和研究。MOFs材料中的结构转变,尤其是单晶到单晶的转变(SCSC),通常可以赋予材料有趣的结构和性质变化。但目前相关领域中存在着三个主要不足之处:(1)结构转变种类单一,集中表现为客体溶剂分子或离子交换的形式;(2)结构转变不可逆;(3)关于温度刺激的结构转变还很少,在低温区的转变则少之又少。针对以上问题,最近中国科学院长春应用化学研究所张洪杰研究员课题组进行了深入而细致的研究,并取得了重要进展。相关结果近期发表在Advanced Science(Adv. Sci. 2015, DOI: 10.1002/advs.201500012)上。

该研究团队采用稀土铕离子作为金属中心,以芳香六元羧酸钠盐为原料,成功地构筑了具有一维孔道的三维框架材料(EuMOF)。他们创新地在此框架材料中引入了铕离子与配体之间的动力学键,使其具有了特色的温度响应的结构转变的性质,具体表现为:(1)快速且可逆的结构转变伴随着材料可逆的孔道变形及空间对称性变换;(2)材料表现了可以分别在低温(–80°C)及室温时捕获和释放孔道内固有的自由铕离子的特殊行为;(3)其还在检测高爆炸性物三硝基苯酚时表现出温度依赖的行为。

这是首次报道的源于共价及非共价的铕离子与配体之间动力学键的开关行为,此工作展现了EuMOF材料具有特征的温度响应的智能材料行为及在污染物检测方面的潜在应用前景,也为其他具有开关行为的智能金属–有机框架材料的设计开发提供了一条新思路。