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[最新动态] Nature子刊:爆款!MOF组装三维超结构!

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发表于 3 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
微米/纳米颗粒自组装构建长程有序的三维超结构,可以保证微米/纳米材料在实用进程中保持其独特的性质,是微米/纳米材料走向规模化应用的重要途径,在等离激元传感、能源、气体储存、催化和光子晶体等领域具有重要应用。
       目前,大部分多面体超结构自组装主要基于金、银等纯无机单分散的均匀纳米颗粒。通常情况下,这些纳米颗粒组装结构以熵驱动的fcc结构为主。当然,在一些物理、化学外力作用下,也可以形成hcp或rhcp结构。
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图1. 多面体Ag纳米颗粒自组装
Joel Henzie, Michael Grünwald, Peidong Yang et al. Self-assembly of uniform polyhedral silver nanocrystals into densest packings and exotic superlattices. Nat. Mater. 2011, 11, 131–137.
问题在于:受限于尺寸单分散性、形貌均匀度等因素,纯有机或有机-无机复合多面体纳米/微米颗粒,很难自组装形成具有不同晶格的长程有序超结构。
       有鉴于此,Cefe López和Daniel Maspoch等人通过理论和实验证实了多截角菱形十二面体MOF颗粒可以自组装形成毫米尺度的超结构,并表现出光子晶体特性。
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图2. ZIF-8组装的超结构
研究人员合成了单分散的菱形十二面体ZIF-8纳米颗粒,这是超结构组装成功的基础。通常来说,ZIF-8首先形成立方体晶种,然后逐渐生长为截角菱形十二面体,最后在热力学驱动下形成稳定的菱形十二面体。而研究人员通过CTAB的加入,选择性吸附并限制{100}面的生长,成功得到了不同尺寸、单分散的截角菱形十二面体(178 ± 8 nm, 193 ± 8 nm, 210 ± 10 nm and 227 ± 10 nm),尺寸分散性为5%左右。
超结构组装是基于热蒸发方法:将含有MOF颗粒的溶胶滴在玻璃片上,65 ℃加热蒸发至干,就得到了长程有序的三维MOF超结构。其中,温度控制在该过程中非常关键。
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图3. 不同尺寸、单分散的截角菱形十二面体
通过控制ZIF-8纳米颗粒的尺寸,或者改变ZIF-8微孔内部吸附的分子,可以实现对这种超结构光子带宽的调控。通过改变ZIF-8纳米颗粒的截角程度,或者实用Uio-66纳米颗粒,超结构可以形成不同的晶格。
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图4. 其他形貌MOF组装的超结构
       总之,这种长程有序的三维MOF超结构,为超结构组装家族带来了新成员,为光子晶体传感材料的设计带来了新思路!
Civan Avci, Cefe López, Daniel Maspoch et al. Self-assembly of polyhedral metal–organic framework particles into three-dimensional ordered superstructures. Nature Chemistry 2017.
DOI:10.1038/nchem.2875
http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2875.html
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz ... t0CxzCtnVKZDNvuy#rd
材料人网-10.1038@NCHEM.2875.pdf (9.39 MB, 下载次数: 5)
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