具有大开关比的光响应质子传导金属有机框架薄膜

光驱动生物质子泵在生物体系中具有举足轻重的作用，可以有效控制物质传输和信号传递。受此启发， 仿生光控质子传导材料近年来受到了越来越多的关注，在燃料电池、化学传感以及光控电子器件等领域具有重要的应用价值。

为了实现高性能仿生光控材料的制备，选择合适的基体材料至关重要。金属有机框架（Metal organic framework, MOF）材料作为一类新型的多孔晶体材料，具有比表面积高、孔径均一、结构可调控等特点，在物质传输分离等领域有着广阔的应用前景。目前，MOF材料在质子传导领域的应用已成为科学研究的热点，并已实现了较高的质子传导率（10^-4~10^-1 S cm^-1）。但是，MOF 材料在光控质子传导领域仍然面临着质子传导率低，开关比小、响应时间慢等问题，限制了其在光控电子器件等领域的实际应用。

为此， 美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授（点击查看介绍）和浙江大学彭新生教授（点击查看介绍）课题组合作，利用一步封装法将光活性分子开关（磺酸螺吡喃）原位包埋于ZIF-8薄膜中，实现了兼具高质子传导率和大开关比的光响应质子传导杂化膜的制备。在避光环境下，磺酸螺吡喃分子处于merocyanine (MC) 构型，呈现亲水性和荷电性。此时，磺酸螺吡喃分子可与ZIF-8孔道中的水分子形成氢键网络，实现质子在孔道中的快速传输。在可见光照条件下，磺酸螺吡喃分子可快速（5 s）转变为相对疏水的spiropyran (SP) 构型，从而切断质子传输路线，降低质子传导率。在75 ℃，95%相对湿度条件下， 避光状态下的质子传导率达到了0.05 S cm^-1，而光照条件下质子传导率只有1.8 × 10^-6 S cm^-1，开关比高达2.8 × 10^-4。将杂化膜组装到光控电路中，可用于远程控制发光二极管的亮灭，证实了此类MOF杂化膜在光控电子器件领域具有重要的应用前景。

该论文的第一作者为德克萨斯大学圣安东尼奥分校博士后梁洪卿。相关工作近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

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A Light-Responsive Metal-Organic Framework Hybrid Membrane with High On/Off Photoswitchable Proton Conductivity

Hong-Qing Liang, Yi Guo, Yanshu Shi, Xinsheng Peng, Bin Liang, Banglin Chen

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202002389

导师介绍

陈邦林

https://www.x-mol.com/university/faculty/63931

彭新生

https://www.x-mol.com/university/faculty/37844