【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】二維金屬有機(jī)骨架(MOF)具有超高的比表面積和更多暴露活性位點(diǎn)，在分子傳感、氣體分離、催化和超導(dǎo)體等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。制備具有原子厚度的高質(zhì)量、大尺寸MOF晶體，特別是單層單晶，是MOF性質(zhì)研究和應(yīng)用的關(guān)鍵。然而，由于MOF塊體晶體中片層本征的脆性和層間強(qiáng)的相互作用，二維MOF的制備存在結(jié)晶性差、難以單層制備、尺寸小等問題。同時(shí)，當(dāng)前報(bào)道的可控制備高質(zhì)量、大尺寸單層二維材料的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，僅實(shí)現(xiàn)了MOF薄膜的生長(zhǎng)，而大尺寸原子級(jí)厚的MOF單晶特別是單層單晶未被實(shí)現(xiàn)。與無機(jī)材料和石墨烯的CVD生長(zhǎng)相比，MOF-CVD的生長(zhǎng)溫度一般低于300oC，加上前驅(qū)體有機(jī)配體分子的質(zhì)量大、體積大、與基底相互作用強(qiáng)，致使產(chǎn)生厚的多晶薄膜。因此，發(fā)展CVD方法制備大尺寸原子級(jí)薄的MOF單晶，對(duì)于MOF的性質(zhì)研究和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
 

　　中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭健課題組致力于未來碳材料的研究和新型二維材料的制備并取得進(jìn)展。近日，該課題組開發(fā)了自冷凝輔助CVD(SCA-CVD)生長(zhǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大尺寸單層單晶MOF的制備。該研究在CVD流程中通過設(shè)計(jì)陡峭的溫度梯度，引入了配體自冷凝產(chǎn)生液滴的策略，構(gòu)建了臨時(shí)的液體生長(zhǎng)環(huán)境。該液體生長(zhǎng)環(huán)境提升了前驅(qū)體分子的自由程和配位鍵的可逆性，實(shí)現(xiàn)了二維MOF晶粒的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)，促進(jìn)了大尺寸、高質(zhì)量單層單晶的制備，獲得了數(shù)十微米尺寸的單層Fen(bim)2n單晶。此外，這種MOF晶體的SCA-CVD生長(zhǎng)顯示出良好的兼容性，可在多數(shù)襯底表面直接生長(zhǎng)二維MOF單晶，甚至能夠直接生長(zhǎng)在單層MoS2上。單層MOF/單層MoS2的超薄范德華異質(zhì)結(jié)展示出MOFs晶體的精確門效應(yīng)和單層MoS2的高靈敏度的功能集成，實(shí)現(xiàn)了快速高選擇性的氨氣傳感。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院的支持。
 

化學(xué)所制備出二維單層金屬有機(jī)骨架單晶