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金属有机框架(MOF)

金属有机框架(MOF) 2020年8月3日

金属有机框架(MOF),是由有机配体和金属离子或团簇,通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。

MOF是一种令人难以置信的多功能、超多孔的纳米材料,可用于存储、分离、释放或者保护几乎所有的东西。MOF具有以下重要特性:多孔性及表面积大、结构和功能多样性、不饱和金属位点,这些特性使它具有强大的吸附功能和催化功能。它非常适合感知与捕捉微量浓度的物质,净化水或空气;也可以存储大量能量,制造更好的电池以及能量存储器件。

由MOF材料做成的水分采集装置

科学家们设计了超过8万8千种精准定制的MOF,应用范围包含从农业到药物的各个领域。但是,制造MOF的传统工艺是环境上不可持续的,并且需要花费几小时甚至几天的时间。澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的研究人员演示了一项绿色洁净的技术,该技术利用了高频声波的精准能力,可以在几分钟内生产出定制的MOF。

金属有机框架是充满分子尺寸的微洞的晶体粉末。它们拥有独特的结构(金属通过有机联接桥相互连接),并且具有非常多的孔,如果拿起一克MOF,将其内表面铺开,其面积将比一个足球场更大。

该图为某种MOF的原理图。图中线条是有机连接桥,交叉点是金属离子。黄球代表孔隙空间,可充满液体或气体。

在新技术中,皇家墨尔本理工大学的研究人员采用了微芯片以制造高频声波,这些声波对于人类来说是无法听到的,可以用于精准的微纳制造。在纳米级别,声波是原子和分子进行精准排序和操控的强大工具。MOF的“成分”(一个金属前体以及一个绑定的有机分子),被暴露于微芯片产生的声波中。研究人员采用声波将这些元素组织和连接到一起,创造出一种高度有序且多孔的网络,同时将这些溶剂从洞中排出来以“活化”MOF。

声学方式制造的MOF,利用微芯片制造高频声波

研究人员通过可扩展应用于其他MOF以及高效绿色地生产这些智能材料的技术,在基于铜和铁的MOF上成功地测试了这个方案。皇家墨尔本理工大学微/纳物理学研究实验室的博士后研究员艾哈迈德表示:“MOF具有无限的潜能,但是我们需要更加洁净和快速的合成技术,从而充分利用他们的所有优势。”

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