本報訊 （通訊員 翟東鋒 記者 單寶來）近日， 新能源研究院趙學波團隊在金屬有機框架 （MOF） 晶體生長機理研究方面取得重要進展， 研究成果 《微液滴法連續(xù)合成MOF超結構： 一種 “定向附著晶化” 過程的中間態(tài)》 發(fā)表在材料領域權威國際期刊 ACSNano 上。論文第一作者是博士研究生王穎， 通訊作者是趙學波教授、 李良軍副教授，中國石油大學 （華東） 為第一署名單位。

金屬有機框架材料由于具有結構高度有序、 種類繁多、 比表面高、 孔結構可調等諸多特點， 在氣體儲存、 氣體分離、 藥物載體、催化材料、 離子導體、 光學材料、 導電材料、磁性材料等諸多領域展現出光明的應用前景， 成為當今化學和材料領域的一大研究熱點。近二十年來， 雖然金屬有機框架材料結構和應用研究快速發(fā)展， 但是有關金屬有機框架材料結晶機理的研究還相當匱乏， 為了探究這一機理， 研究人員采用X-射線吸收精細結構譜 （EXAFS） 、 在線分析手段、 原位分析光譜、 理論模擬等手段對其生長過程進行分析， 獲得了許多有價值的信息。然而，目前還缺乏完整、 清晰、 準確的晶體生長過程描述。因此， 開展金屬有機框架材料晶體生長機理研究不僅具有極大的理論價值， 而且對于推動金屬有機框架材料實際產業(yè)化進程有著重要的現實意義。

鑒于金屬有機框架材料晶體生長機理的重要性， 趙學波教授帶領博士研究生王穎， 副教授李良軍、 代鵬程等人利用團隊研發(fā)的微液滴連續(xù)反應裝置， 以經典的金屬有機框架材料HKUST-1、 MOF-5和NOTT-100為研究對象， 通過調整反應時間和快速終止反應， 成功捕捉金屬有機框架材料晶體生長初期的一系列 “中間態(tài)” ， 考察了其在各個生長階段的結構特征， 闡釋了其生長機理。經典的結晶理論認為， 結晶經過兩個階段， 首先是晶種的生成， 然后小晶體逐漸長大。晶體在成長過程中， 不論尺寸大小， 內部結構都是相同的。但本項研究發(fā)現， 金屬有機框架材料晶體生長過程經歷了三個狀態(tài)： 初始金屬有機框架材料納米晶體顆粒、 金屬有機框架材料超結構和金屬有機框架材料單晶。在結晶過程初期， 配體和金屬離子進行自組裝配位反應， 形成納米級的金屬有機框架材料小晶體顆粒； 隨后， 小晶體通過有序組裝， 形成具有規(guī)則形貌的金屬有機框架材料超結構； 隨著反應時間的延長， 超結構在Ostwald熟化作用下逐漸修補完善， 生長成為完美的金屬有機框架材料單晶。這個過程好比建房子要先搭框架， 再添磚瓦。正像不同房子有不同的框架結構一樣， 不同金屬有機框架材料也有各自的特殊超結構， 并且這種超結構具有不同于其本征金屬有機框架材料的特殊性質。本項研究結果證實， HKUST-1超結構具有更高的甲烷和二氧化碳吸附能力。超結構是非經典的結晶模型 “定向附著晶化” 過程（Crystallization by Particle Attachment, CPA）的一個重要中間態(tài)， 橋連著無序的反應物單體與高度有序的單晶結構兩種結晶狀態(tài)， 也是CPA機理的代表性標志。本項研究成果不僅對理解金屬有機框架材料的晶體生長過程具有重要意義， 還將有助于特殊結構和形貌金屬有機框架材料的合成， 以及金屬有機框架材料應用器件的構建。

ACSNano審稿專家對該研究成果給出較高評價， 認為其成功將金屬有機框架材料結晶中間狀態(tài)捕捉和分離出來， 并進行了深入探索， 對于揭示金屬有機框架材料結晶初始階段的機理具有重要意義。

ACSNano期刊是美國化學學會旗下的重要期刊， 影響因子13.709， 只接收和發(fā)表世界上納米材料領域的重要研究成果。

趙學波團隊2014年開始研究金屬有機框架材料的連續(xù)合成， 2017～2018年先后有3項成果分別被JournalofMaterialsChemistryA、 Chemistryof Materials和ChineseChemicalLetters刊發(fā)。這篇剛剛刊發(fā)在ACSNano上的研究成果， 標志著團隊在該領域的研究處于國內領先水平， 在國際上具有重要影響。趙學波團隊目前正繼續(xù)開展金屬有機框架材料的微流連續(xù)合成研究， 在揭示出的CPA機理的基礎上， 探索制備具有特殊功能的金屬有機框架材料， 為其實際應用創(chuàng)造條件。