近年來(lái),超薄二維材料備受關(guān)注。自2004年首次通過(guò)機(jī)械方法從石墨中剝離出單層石墨烯以來(lái),二維材料在物理、化學(xué)、材料、納米等不同領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng),范圍逐漸擴(kuò)展到金屬氧化物、氫氧化物、硫化物和金屬-有機(jī)框架(MOF)等不同類型。其中,超薄二維MOF是相對(duì)于體塊狀三維MOF而言,有一個(gè)維度的尺寸達(dá)到納米級(jí)別的片層MOF。區(qū)別于其他二維材料,超薄二維MOF由金屬離子與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵連接而成,且其厚度僅有幾到幾十個(gè)金屬-有機(jī)配位層,這就使得這類材料在保留金屬-有機(jī)框架結(jié)構(gòu)多樣性和可控性等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,同時(shí)具有二維材料的特殊性質(zhì),如大的比表面積、高度可接近的活性部位、便于底物分子的傳輸與分離,以及調(diào)控光、電等物理、化學(xué)過(guò)程中的電子/空穴的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)與復(fù)合等,從而有望成為新型功能納米材料而實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
近日,中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院潘梅教授研究團(tuán)隊(duì)利用氨基功能化配體與鈣鹽組裝得到一種新穎的二維層狀Ca-MOF。其通過(guò){Ca3O18}簇與配體連接而成的金屬-有機(jī)層上懸掛配位的DMF分子,并進(jìn)一步通過(guò)DMF間的范德華弱作用力層層堆疊,形成“范德華MOF”多層結(jié)構(gòu);贒MF的動(dòng)態(tài)配位活性,該獨(dú)特的金屬-有機(jī)多層MOF能實(shí)現(xiàn)層內(nèi)穩(wěn)態(tài)和層間動(dòng)態(tài)的有效平衡,并存在具有半導(dǎo)體發(fā)光特性的層間激子(exciton)發(fā)光和層內(nèi)激基締合物(excimer)發(fā)光的雙通道發(fā)射。
后合成剝離超薄二維MOF實(shí)現(xiàn)層間exciton和層內(nèi)excimer熒光調(diào)控開關(guān)
更為新奇的是,利用固-液界面超聲剝離或者固-氣界面研磨剝離的手段,可以實(shí)現(xiàn)配位的DMF分子與溶劑或空氣中水分子的可逆動(dòng)態(tài)置換,由此打斷原來(lái)的配位多層結(jié)構(gòu),獲得最少只含1-2個(gè)配位層的超薄二維MOF納米片、納米帶、納米球等形貌調(diào)控。伴隨剝離和形貌轉(zhuǎn)換過(guò)程中配位多層結(jié)構(gòu)的不斷層離,基于層間的激子發(fā)射被逐漸削弱。最后在只含少數(shù)甚至單個(gè)金屬-有機(jī)配位層的超薄二維MOF納米片中,層間exciton發(fā)射通路被完全阻斷,而層內(nèi)excimer發(fā)射幾乎不受影響,這導(dǎo)致MOF的總體發(fā)光顏色產(chǎn)生從綠色到黃色的明顯改變。由此,還可進(jìn)一步設(shè)計(jì)得到光學(xué)存儲(chǔ)器的元件模型,通過(guò)一定條件下的摩擦、超聲等可行手段,實(shí)現(xiàn)基于不同形貌Ca-MOF材料芯片的可逆轉(zhuǎn)換,操縱層間激子發(fā)射的可調(diào)開關(guān)及相應(yīng)的不同光學(xué)存儲(chǔ)狀態(tài)。
研究工作發(fā)展了二維MOF設(shè)計(jì)和利用的新概念,將“自下而上”的金屬-有機(jī)配位組裝與“自上而下”的后合成形貌加工調(diào)控相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了超薄二維MOF的簡(jiǎn)便、綠色、宏量制備的新方法,并為光學(xué)存儲(chǔ)器等應(yīng)用建立了元器件模型。該研究成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)刊物《Nature Communications》(Wei-Ming Liao, Jian-Hua Zhang, Shao-Yun Yin, He Lin, Xingmin Zhang, Jihong Wang, Hai-Ping Wang, Kai Wu, Zheng Wang, Ya-Nan Fan, Mei Pan* & Cheng-Yong Su, Tailoring exciton and excimer emission in an exfoliated ultrathin 2D metal-organic framework, Nat. Commun. 2018, 9: 2401 | DOI: 10.1038/s41467-018-04833-1)
上述該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、高校科研業(yè)務(wù)費(fèi)、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目、生物無(wú)機(jī)與合成化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、Lehn功能材料研究所和上海光源同步輻射裝置的大力支持。
- 廣醫(yī)三院周蕾、廣工譚幗馨 Nat. Commun.:可注射鎂-雙磷酸鹽MOF基骨粘合劑通過(guò)抑制過(guò)度纖維化促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨折愈合 2025-07-07
- 浙江大學(xué)王立教授/俞豪杰教授團(tuán)隊(duì) Adv. Colloid Interfac.:MOFs衍生材料吸波增強(qiáng)策略的研究進(jìn)展 2025-02-19
- 南林葛省波教授等《Coordin. Chem. Rev.》:先進(jìn)MOF衍生材料在去除有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物方面的研究進(jìn)展 2025-02-07
- 同濟(jì)大學(xué)劉國(guó)鋒、張弛與華東理工曲大輝團(tuán)隊(duì) AFM:氯橋介導(dǎo)超分子聚集體實(shí)現(xiàn)圓偏振發(fā)光顏色調(diào)控及手性信號(hào)可逆反轉(zhuǎn) 2025-07-22
- 中國(guó)科大陳昶樂(lè)/鄒陳團(tuán)隊(duì) JACS:超分子動(dòng)態(tài)交聯(lián)策略用于混合塑料的升級(jí)回收 2025-07-05
- 南京大學(xué)李承輝/金鐘 Angew.:新型金屬超分子聚合物作為人工界面層助力液態(tài)鋰金屬電池性能新突破! 2025-06-29
- 華南理工大學(xué)王林格教授團(tuán)隊(duì) Small:以聚合誘導(dǎo)自組裝方法制備與調(diào)控具有剛性直鏈成核鏈段的球狀液晶納米顆粒 2025-07-13