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華南師大先進信息材料課題組 JMCA:溫控吸附與限域的介孔半剛性金屬有機聚合物框架材料
2023-04-09  來源:高分子科技

  在自然界中,大多數(shù)活體組織都是由軟硬各向異性的成分共同構建而成。這種“磚塊-砂漿”的半剛性三維復合結構既保證了足夠的機械強度,又賦予了組織顯著的功能自適應性,現(xiàn)已發(fā)展成為超材料高性能化和功能化的一種全新策略。以金屬有機框架(MOF)為例,這是一種由金屬離子與有機配體通過配位鍵自組裝形成的分子內(nèi)孔隙的有機-無機雜化材料。由于有機配體和金屬離子的排列具有明顯的方向性,MOFs可以形成形狀規(guī)則、孔隙均一的框架結構,從而表現(xiàn)出卓越的選擇性、相溶性與可修飾性。然而,MOF的剛性結構一旦形成就難以發(fā)生改變,即使引入一些功能化的“半剛性”橋連配體也無法從真正意義上實現(xiàn)孔徑和選擇性的調(diào)節(jié),缺乏足夠的靈活性。


1. 熱誘導的MOPF孔徑變化示意圖


  近日,華南師大先進信息材料課題組王耀教授和李皓副教授團隊首次通過多重配位和偶極相互作用將具有高臨界溶解溫度(UCST)的非離子型聚(丙烯酰胺--丙烯腈)(P(AAm-co-AN))引入傳統(tǒng)的MOF結構中,采用一鍋法構建了一種活性的“半剛性”金屬有機聚合物框架(MOPF材料。結果表明,所得的MOPFs三維結構是由剛性規(guī)則的MOF納米棒“磚塊”和柔性無序的連接劑P(AAm-co-AN)鏈 "砂漿 "組成的。在熱誘導下,作為柔性聚合物連接劑的P(AAm-co-AN) 鏈間發(fā)生了可逆的氫鍵轉(zhuǎn)換,由此帶來了MOPF內(nèi)部孔徑的明顯變化。 


2. MOPF孔徑的熱調(diào)節(jié)性


  在從30℃50℃的加熱過程中,這些介孔的MOPFs顆粒平均孔徑明顯增加了19.28%CO2吸附能力增加了1.5倍,在負載聚集誘導發(fā)光材料后熒光強度反而增加了89.6%,表現(xiàn)出熱調(diào)節(jié)的氣體吸附與內(nèi)部限域特性。它為可控物質(zhì)負載提供了一種新穎、便捷的物理化學操作策略,在氣體吸附/脫附、發(fā)光控制和選擇性篩分方面有著巨大的應用潛力。 


3. MOPFs在不同溫度下的CO2吸附等溫線和TPE熒光強度


  相關研究成果“Thermo-regulating Mesoporous Semi-rigid Metal-organic-polymer Frameworks for Controllable Adsorption and Confinement”為題發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》上,并被選為當期的內(nèi)封底和亮點論文。其中,碩士研究生李萬江董姣為本論文的共同第一作者,華南師范大學先進信息材料課題組李皓副教授王耀教授為通訊作者,華南師范大學為第一完成單位


  華南師大王耀教授領導的先進信息材料AIM課題組在光、電、氣體和溫度等響應型功能信息和智能傳感材料研究方面取得了一系列重要突破,近三年已在Advanced Functional Materials》、《ACS Nano》、《Advanced Science》、《Small》、《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《ACS Sensors等國際期刊上發(fā)表30多篇原創(chuàng)性學術論文,提升了華南師范大學在功能信息和智能傳感材料領域的學術影響力。


  該工作得到了國家自然科學基金、廣州市科技計劃、廣東省教育廳創(chuàng)新團隊項目、廣東省光信息材料與技術重點實驗室、廣東省外專項目、華南師范大學科研啟動項目以及“111計劃等項目的支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1039/D3TA00401E

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(責任編輯:xu)
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