Chem. Eur. J. :基于蒸汽辅助转换法构筑的超长MOF纳米线

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东北大学的付昱教授、张丽颖副教授,联合黄岗师范学院的陈欢老师,共同提出了一种创新的蒸汽辅助转换法,用于构筑超长MOF纳米线。这种MOF纳米线不仅能在染料混合物中有效去除阳离子染料,还能通过煅烧转化为Cu纳米颗粒掺杂的碳纳米纤维,用作非酶葡萄糖电化学传感器。

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在众多MOF纳米结构中,一维MOF结构因其显著的各向异性、线性结构以及出众的物理化学性质而备受瞩目。MOF中的配位键作为动态化学键,为MOF晶体结构的转换提供了可能性。本研究利用甲醇蒸汽辅助实现了MOF-to-MOF的转换,成功将块状Cu-MOF前驱体转变为一维Cu-MOF-NW。该Cu-MOF-NW的高宽比高达约600,同时具备MOF-74型晶体结构和多尺度多孔结构。


在蒸汽辅助转换法中,实验条件如溶剂、温度和时间均经过精心优化。其中,溶剂的选择对转换过程具有决定性影响。仅甲醇溶剂能够实现一维Cu-MOF-NW的制备,这得益于其适宜的极性、较低的沸点以及较小的分子尺寸,使得甲醇更容易渗透进入MOF晶体,从而实现MOF结构的转化。此外,转换的最佳温度和时间分别确定为140 °C和20 h。这一晶体转变过程可以通过蒸汽介导的溶解和再结晶机理进行解释。甲醇蒸汽迅速扩散到块状Cu-MOF前驱体中,导致其中的Cu2+和COO-配位迅速破坏,并丢失配位的DMF。由于甲醇分子数量充足,保证了配位键的大规模破坏和形成。随后,Cu2+与配体COO-/OH-之间形成新的配位,结晶生长为MOF-74型晶体结构。在甲醇蒸汽的氛围下,Cu-MOF-NW由纳米棒进一步生长为超长纳米线。


Cu-MOF-NW因其阴离子性质,能够通过静电作用有效吸附并去除阳离子型染料分子,如甲基蓝和罗丹明B。此外,Cu-MOF-NW还可作为理想模板,在140°C下煅烧2h,即可制备出Cu纳米颗粒掺杂的碳纳米纤维(Cu/CNF)。Cu/CNF保持了超长的纳米线状一维形貌,并具备丰富的微孔和介孔结构。作为非酶葡萄糖电化学传感器,Cu/CNF展现出灵敏度高、检测范围宽、检出限低、选择性高、重现性好以及长期稳定性好的显著优点。


这种蒸汽辅助转换法不仅为超长MOF纳米线的制备提供了新的途径,而且为通过动态结构转换构建复杂材料开辟了新的前景。

文信息

Superlong Metal–Organic Framework Nanowire Fabricated via Steam-Assisted Conversion

Liying Zhang, Wenxiu He, Hehe Yuan, Lei Shao, Huan Chen, Yu Fu


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202401903    


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