利用超重力技术瞬时连续合成超小MOFs的通用策略

超小金属-有机框架材料（MOFs）具有独特的性质，相较于体相材料，其应用被极大程度拓展。近日，北京化工大学王洁欣教授和刘大欢教授提出了一种利用超重力技术合成超小MOFs材料的策略。

纳米MOFs相较于体相MOFs具有更多优点，如加速吸附/脱附动力学，较高的生物利用率，以及高催化活性。然而，配位键的可逆性和实际晶体生长的复杂性和不确定性，使得现如今在减小MOF颗粒的尺寸方面存在技术低效，繁琐且难以控制等问题。因此，高效、快速和可控地合成具有均匀尺寸、良好分散性的超小纳米MOFs仍然是一个重大挑战。

北京化工大学团队成功开发出基于超重力技术的通用合成策略，获得了6种典型的超小MOFs材料。基于纳米颗粒生长的经典LaMer模型，在超重力场中，极大强化的微观混合和传质过程有助于实现快速成核；并通过快速耗尽前驱体终止粒子生长，实现晶体成核与生长过程的分离。因此，超重力合成过程是瞬时且连续的，所得MOFs材料为单分散纳米颗粒，尺寸小于5 nm，小于文献报道值，甚至接近一个晶胞的长度。除此之外，该策略还可实现超小纳米MOF (Cu-BTC)的连续高通量制备，其时空产率 (STY) 可达33000 kg m^-3 day^-1。而作为概念验证，超小ZIF-8展现出优异的催化活性，可以显著加快Knoevenagel反应；与传统ZIF-8和多级孔ZIF-8相比，苯甲醛的完全转化时间分别大幅缩短94%和75%。

图1. 利用超重力技术合成超小MOFs材料及其成核和生长示意图。

图2. 6种超小MOFs材料和催化应用。

因此，超重力技术平台为促进MOF材料的实际应用提供了大规模连续合成技术。可以预见，该策略将极大地促进超小纳米MOFs的开发和利用，特别是在催化、生物医学和传感应用等方面。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是北京化工大学在读博士生常苗和魏雁。

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）：

A General Strategy for Instantaneous and Continuous Synthesis of Ultrasmall Metal-Organic Framework Nanoparticles

Miao Chang, Yan Wei, Dahuan Liu, Jie-Xin Wang, and Jian-Feng Chen

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202112250

导师介绍

刘大欢

https://www.x-mol.com/university/faculty/293709