記者4月20日從中國科學技術大學獲悉,該校劉波教授課題組提出了氨氣氣相蝕刻的方法,在羧酸配位的微孔金屬有機骨架(MOF)中生成介孔,製備出分級孔MOF。相關研究成果于日前發表在《德國應用化學》上。

MOF因其高比表面積和結構的可調控性在諸如吸附、分離、氣體存儲、催化劑載體等方面展現出重要的應用價值。微孔MOF由於有限的孔道尺寸,客體分子在其中的擴散運動受到嚴重限制。在已經報道的8萬多種MOF中,介孔MOF的比例還不到1%,同時多數介孔MOF的穩定性嚴重不足。分級孔MOF (HP-MOFs)同時含有微孔和介孔,且兩者協同作用,既具有高比表面積和活性位點,又有利於快速的傳質過程,特別對大分子的吸附、分離、催化性能有重要影響。

作為氣相蝕刻劑的氨首先被均勻地吸附於微孔MOF中,確保了MOF晶體內的均勻蝕刻。科研人員在加熱的條件下,利用氨氣與金屬的強配位作用,切斷羧基—金屬配位鍵製備介孔。研究發現,介孔尺寸受蝕刻溫度控制;而介孔體積可以通過改變氨氣的壓力來調節,這一策略能夠在不影響晶體形貌的情況下精確控制介孔的尺寸和體積。由於MOF晶體的各向異性不同晶面的穩定性不同,這一策略進一步實現了晶面定向刻蝕。根據刻蝕程度的不同,得到三角形或矩形的介孔。更為重要的是,生成的介孔可以使用MOF前驅體溶液進行修復,從而將被吸附的分子(亞甲基藍)包覆其中。該刻蝕—修復過程如同對微孔MOF實施了分子尺度的外科手術。

這一基於氣相刻蝕的分子尺度外科手術式策略,實現了微孔MOF仲介孔性質的精準調控,為我們提供了一個定制和調控分級孔MOF材料性能的強大工具。