金属表面CO2聚集形成准凝聚态相

气体分子与固态表面间的碰撞是催化反应和分子传感等重要科学技术中的关键步骤，因此科学家一直在寻找有效提高表面分子碰撞频率的方法。最近，一种利用金属有机框架（MOFs）提高固体表面气体分子浓度的研究为该方向提供了新的思路。美国波士顿学院的宗家洸教授课题组一直致力于纳米孔洞材料在催化、能源、生物医疗等方面的应用。近日，该课题组与新加坡南洋理工大学的林歆怡教授、上海科技大学的卓联洋教授团队合作，首次发现将MOF包覆于金属表面，MOF可将二氧化碳分子大量集中并富集于金属表面，甚至可在室温和1个大气压的环境下（1 bar和298 K）将二氧化碳在金属表面聚集形成准凝聚态相。该过程采用原位实时表面增强拉曼散射光谱表征技术观察，阐明了气体注入过程中的分子动力学，相关研究成果发表于国际知名化学期刊Journal of the Americen Chemical Society。该工作将对许多气-固反应的运用带来巨大的改变，例如异相催化反应。

气体分子与固态表面的碰撞是诸多科学技术中的重要步骤，而提高碰撞频率是增强其效能的关键。传统方法中较高的碰撞频率是利用高能量的输入来达到的，例如增加体系的压力或升高体系的温度。该研究提供了一种降低高能浪费的新思路，利用金属有机框架（MOFs）富集特定气体分子的功能来局部增高固体表面的气体分子浓度，这种方法可以有效地提高气体分子与固体表面的碰撞频率，同时还能保持体系处于较低的温度与气压下。在该研究中，固体纳米粒子被MOF包覆，为了使用表面增强拉曼光谱（SERS）观察二氧化碳分子的表面分子行为，系统由ZIF-8包覆的银纳米立方体组成。沸石咪唑类材料框架-8（ZIF-8）沉积在已接枝表面探针分子（4-甲基苯硫酚）的银(Ag)纳米立方体阵列的界面。体系中ZIF-8作为CO₂吸附层，具有等离子活性的银纳米立方体提供SERS灵敏度，表面修饰的4-甲基苯硫酚官能团作为光谱探针来追踪固体界面附近CO₂分子的变化。系统在持续CO₂气流的环境中，现场以灵敏SERS响应来探测界面上CO₂的动态相互作用。

根据文章报道，在1个大气压与室温条件下（1 bar和298 K），MOF可以使二氧化碳大量聚集于固体表面，并形成准凝聚态。该凝聚态使CO₂的表面覆盖率增加了18倍，并且发现固体表面CO₂分子发生从直线型到弯曲型构象的改变，研究发现这种构象改变并没有化学键形成。此类“无化学键形成的CO₂构象的改变”仅在液态CO₂及气压10⁵bar以上可以观察到。该工作不仅能促进气体分子和固体表面相互作用研究的发展，也为催化转化领域如二氧化碳还原提供了新的异构反应途径。实验和模拟的结果也可以帮助合理解释许多先前报道的研究成果，如固体与MOF体系中反应活性增加等。

该论文作者为：Hiang Kwee Lee, Yih Hong Lee, Joseph V. Morabito, Yejing Liu, Charlynn Sher Lin Koh, In Yet Phang, Srikanth Pedireddy, Xuemei Han, Lien-Yang Chou, Chia-Kuang Tsung, and Xing Yi Ling

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Driving CO₂ to a Quasi-Condensed Phase at the Interface between a Nanoparticle Surface and a Metal–Organic Framework at 1 bar and 298 K

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 11513, DOI: 10.1021/jacs.7b04936

宗家洸教授简介

宗家洸，美国波士顿学院化学系、副教授；博士毕业于加州大学圣芭芭拉分校Galen Stucky教授课题组，在加州大学伯克利分校杨陪东教授与Gabor Somorjai教授课题组从事博士后研究工作；主要研究领域涉及纳米孔洞材料的设计及其在多相催化、能源、生物医疗方面的应用；先后获得美国国家自然科学基金，丰田北美研究中心、美国化学会石化基金会等赞助的多项大型研究计划，邀请在国际学术会议上做重要报告达100余次；目前已在相关研究领域发表SCI论文超过60篇，包括Nature Materials、Nature Chemistry、Journal of the American Chemical Society、ACS Nano 等发表多项高质量工作；工作成果多次被其他科研工作者引用，总引用次数已达5700次以上，h-index达到40。

http://www.x-mol.com/university/faculty/2154

林歆怡教授简介

林歆怡，现任新加坡南洋理工大学数学物理学院化学生物化学系副教授；博士毕业于荷兰屯特大学，在美国加州大学伯克利分校从事博士后研究；先后获得国际理论和应用化学联合会青年化学家奖、Rubicon荷兰科学研究组织基金、新加坡国家研究基金会基金、亚洲和大洋洲光化学协会青年科学家奖及欧莱雅新加坡女性科学国家奖；主要研究领域涉及功能性纳米材料的制备、纳米颗粒的可控界面组装、纳米电化学、纳米加工技术、表面等离子体光学、表面增强拉曼散射光谱、纳米化学/生物传感、纳米防伪应用等；迄今为止在相关领域发表SCI论文86篇，并以通讯作者身份在Nature Communications、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Journal of the American Chemical Society、ACS Nano 等国际重要期刊上发表多项高质量工作；工作成果多次被其他科研工作者引用，总引用次数达3300次以上，h-index接近30。

http://www.x-mol.com/university/faculty/4443

卓联洋教授简介

卓联洋，上海科技大学物质学院研究助理教授；毕业于美国波士顿学院；主要研究领域涉及纳米粒子合成、孔洞材料制备、高效能及高选择性非均相催化剂设计发展等方面的应用；目前已在相关研究领域发表SCI论文19篇，包括以第一或共同第一作者发表SCI论文6篇，在Journal of the American Chemi-cal Society、Small、Nanoscale、Journal of Biological Chemistry、Organometallics 等国际重要期刊发表多项高质量工作；最近在Angewandte Chemie International Edition以通讯作者的身份发表了第一篇论文。