中國科學院化學研究所有機固體實驗室科研人員在金屬有機框架(MOF)材料的可控組裝與規模化制備方面開展系列研究。科研人員以六羥基苯并菲(HHTP)為有機配體，通過化學氣相沉積技術研究水-氧氣氛對晶體生長的影響，制備出高質量的Cu3(HHTP)2 MOF材料(Mater. Chem. Front. 2020, 4, 243);利用電化學技術，以六羥基苯并菲、苯-1,3,5-三基三硼酸(BTPA)、2,4,6-三羥基-1,3,5-苯三甲醛(TBTC)等為有機配體，通過施加外電壓使其向陽極遷移并與解離出的銅離子在陽極表面發生配位反應，制備出均勻的二維Cu3(HHTP)2、Cu3(BTPA)2、Cu3(TBTC)2 等MOF薄膜，并將它們轉移到硅片襯底上，組裝了電子器件(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887)。
最近，科研人員從毛細現象中獲得靈感，提出制備二維MOF薄膜的限域生長策略。該方法利用毛細力將制備二維MOF薄膜的銅離子和5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)交替引入到由兩片絕緣襯底組成的狹縫內，在限定的區域內發生配位反應，從而在石英、藍寶石、硅片等絕緣襯底表面上直接生長出大面積的二維Cu2(TCPP) MOF薄膜。該方法不需要襯底轉移，與目前的硅加工工藝相兼容。通過XRD、HRAFM和Cryo-TEM等儀器測試表明，該方法制備的MOF薄膜具有高的晶體質量, 其薄膜電導率為0.007 S cm-1，相比其它羧酸基MOF材料(10–6 S cm–1)提高了3個數量級。此外，該策略也適用于制備Cu3(HHTP)2, Co3(HHTP)2 和 Ni3(HHTP)2 等二維MOF材料，具有普適性。
相關研究成果發表在Advanced Materials上，并被選為前封面。論文第一作者為博士生劉友星，論文通訊作者為研究員陳建毅和中科院院士、研究員劉云圻。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中科院戰略性先導科技專項(B類)的支持。
圖1.(a)二維Cu2(TCPP) MOFs的結構示意圖;(b)XRD;(c)HRAFM圖像;(d)(100)面的Cryo-TEM圖像;(e)(001)面的Cryo-TEM圖像。
圖2.前封面，示意了MOF薄膜的面對面限域組裝過程
