暨南大学李万斌Acc. Chem. Res.：金属-有机骨架的气相处理

★介绍

2021年12月27日，暨南大学的李万斌副教授课题组在Acc. Chem. Res.上发表了一篇题为“Vapor-Phase Processing of Metal–Organic Frameworks”的新研究。

该研究团队概述了他们在结晶 MOF材料气相处理(MOF-VPP)的开发和应用方面的一些努力和相关研究。该研究通过对气相处理策略及其潜在机制的讨论和分析，为未来MOF及相关材料的可控合成、功能化和应用的发展做出重要贡献。

论文通讯作者是李万斌；第一作者是Pengcheng Su。

文章链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.1c00600?fig=fig1&ref=pdf

DOI:10.1021/acs.accounts.1c00600

★研究内容

由有机连接子和金属节点形成的多孔金属-有机框架MOF因其高比表面积、可调的孔径、多种物理化学性质以及在催化、吸附、分离等方面展现出巨大潜力，引起科研工作者们广泛研究。

MOF材料在膜分离和光电子学方面应用，需要将MOF处理为薄膜。大多数薄膜形成方法都是在液相中合成。在液相中很难控制前驱体的传输和核的形成，通常会导致溶液中形成颗粒。此外溶剂的使用还会带来环境和安全问题。相比之下，气相处理方法具有环境友好、厚度和保形性可控、生产可拓展性以及与其他工作流程的高度兼容性等优点。

近日，暨南大学的李万斌副教授团队重点介绍了MOF气相沉积(MOF-VPD)的进展和机制，主要关注连接子蒸汽与含金属前体层之间的反应。讨论了获得的MOF的特性(厚度、孔隙率、结晶相、取向等)以及这些特性与沉积参数(前体、温度、湿度、后处理等)的相关性。讨论中包括了一些有助于对所涉及机制的基本理解的原位表征方法。

图1 MOF-VPD过程是由金属前驱体的沉积和连续的气固反应形成MOF膜。

其次，总结了四种气相合成后功能化(PSF)方法:改变连接子、客体封装、连接子嫁接和金属化。这些方法消除了潜在的溶解性问题，并使反应物和客体能够快速扩散以及增加交换程度。气相 PSF 提供了一个修改MOF孔隙率的平台，甚至引入新的功能(例如，发光光电流开关和催化活性)。

方案1 通过链接子气-固反应和气相后合成功能化(改变连接子、客体封装、连接子嫁接和金属化)对MOFs进行气相处理。

第三，由于气相处理方法能够将MOF薄膜沉积集到(微)制造工作流程中，因此它促使低-k电介质、传感器、膜分离性能有所提高。

图2 MOF-VPP的应用程序。(a) MOF-VPD ZIF-8和ZIF-67薄膜的k值测量示意图。(b)孔隙填充ZIF-67材料k值的确定。(c)用红色激光笔照射石英上的ZIF-71衍射图。(d)用于衍射光栅的ZIF-71图样的光学显微镜图像。比例尺:100 μm。(e)用于衍射光栅蒸汽传感器的ZIF-71图样评估示意图。(f)根据Henry定律计算ZIF-8和连接子交换ZIFs的CO2/N2和CH4/N2吸附选择性。(g)凝胶气相沉积法制备ZIF-8薄膜。(h) MOF-VPD ZIF-8膜的输气性能。

最后，研究团队讨论了 MOF-VPP 的局限性、挑战和进一步的机会。该研究为MOFs及其相关材料的可控合成、功能化和应用的发展做出贡献。