建大新闻网讯 近日，我校化工学院青年教师陈辉与首都师范大学、清华大学等单位合作者在Nature子刊发表研究成果。研究成果以“Melt-quenched glass formation of a family of metal-carboxylate frameworks”（金属-羧酸框架类化合物熔融淬火形成玻璃态）为题在Nature子刊《Nature Communications》（2023年影响因子为16.6）上在线发表。文章由首都师范大学、清华大学及西安建筑科技大学等单位共同完成，我校化学与化工学院青年教师陈辉作为文章共同第一作者。
玻璃态金属有机骨架(MOF)是杂化玻璃家族的新兴成员，由于其混合性质，填补了传统的无机、有机和金属对应物玻璃。如何将晶态的金属有机框架(MOF)转化为玻璃态，以获得明显区别于传统无机、有机及金属玻璃的全新玻璃类别，将为新时期深入研究和理解玻璃本质提供全新机遇，也是下一代有机-无机杂化多孔材料功能化拓展与走向应用的关键发展方向。虽然一些沸石咪唑盐框架已经被制成玻璃，但由于不同程度的孔性及配位键关联框架有限的热稳定性，MOF高温下将面临直接分解而难以实现熔融，即无法获得液体MOF，进而通过淬冷制备相应的MOF玻璃。因此，如何将最大的MOF亚类—金属羧酸盐框架熔化和淬火成玻璃仍然是一个挑战。迫切有待在基于羧酸的MOF玻璃态转化方面取得新研究方法和新理论取得突破。
在本研究中，作者们提出了一种可行的策略来克服这一挑战，通过在羧酸配体上接枝两性离子并在框架通道中加入有机酸来实现玻璃的形成。一方面，两性离子基团和Brønsted酸的加入显著降低了孔隙度，它们在界面上的强相互作用通过电荷离域降低了配体的配位键强度。另一方面，这两种组分都具有很高的结构自由度，这大大增加了构型熵，从而降低了玻璃化转变(Tg)和熔化温度(Tm)。随后的熔融淬火实现了羧酸MOF类化合物的玻璃化形成。以具有高分解温度(Td)的典型MOF材料UiO-67、UiO-68和DUT-5为例，由于其超强的Zr-O或Al-O键以及高配位数(6-8)和大孔隙率，通常被认为是不可熔融的。通过作者通过在其孔壁上枝节两性离子液体，成功制备了其对应的玻璃态化合物。
此项研究可以应用于一系列由不同配体和金属节点组成的高度多孔的MOF。此外，这种策略也可以扩展到其他种类的高多孔分子框架，如共价有机框架(COF)。这个研究结果将为MOF和其他有机-无机混合晶体通过熔融淬火加工成玻璃提供机会，将使这些材料获得更好的加工性能，能够满足工业制造的要求。
陈辉，2022年博士毕业于比利时根特大学（Ghent University），现为西安建筑科技大学准聘副教授，主要从事晶态材料(MOFs/COFs)的设计合成及其在能源环境催化等领域的应用。以第一作者或通讯作者在Nature Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B. Environ., Green Chem., Chem. Eng. J., J.PowerSources等一区TOP期刊发表学术论文8篇，授权中国发明专利2项。入选教育部海外人才引进计划项目。
文字、图片：陈辉
