金属有机框架（MOF）是一类有趣的功能材料，具有许多显著的特点，如大表面积、高度有序孔隙、可调结构和独特的功能，使它们在气体分离、存储、催化等方面大有发展前景。然而，普通MOF晶体不能满足某些特定应用的所有要求。因此，纳米尺度的 MOF 结构工程因其独特的尺寸和形状相关特性而越来越受到关注，这对于为特定应用定制 MOF 至关重要。
超薄纳米带（NRBs）作为一类准一维（1D）纳米结构，由于其高表面体积比、高活性表面和高浓度，在过去几十年中吸引研究者的关注。这些特性使它们能够表现出独特的电子结构、机械性能和优异的催化效率。到目前为止，已经制备了各种无机NRBs，如金属氧化物、石墨烯和贵金属。然而，由于MOF复杂的成核和生长过程，超薄MOF NRBs的制备仍然是一个巨大的挑战。MOF NRBs的制备需要MOFs的各向异性生长，即 MOFs的生长优先遵循一个特定的方向，但在其他方向没有增长或增长非常缓慢，这是非常困难的，因为这是三维结构的MOF晶体。
近期，新加坡南洋理工大学、香港城市大学张华团队和北京化工大学刘军枫团队合作，首次成功制备了一系列的超薄MOF纳米带材料。该论文报告一种使用金属氢氧化物纳米结构作为前体制备超薄MOF的一般方法，得到的MOFs显示厚度小于10nm的准1D色带状形态。重要的是，该方法简单、高效、通用，可用于制备一系列超薄 MOF NRBs。作为概念验证应用，制备的超薄MOF NRBs在DNA检测中表现出出色的灵敏度和选择性。其中，用纳米氢氧化物前驱体替代传统金属盐作为MOF合成金属源是该方法制备超薄MOF NRM(纳米带)的关键所在。该前驱体既可以为纳米带的生长提供初期成核位点，又可以在纳米带生长过程中实现所需金属离子的可控释放。相关成果以“Ultrathin Metal-Organic Framework Nanoribbons”为题发表在国际著名期刊National Science Review（NSR，IF=13.222）上。
图文展示
Scheme 1.比较传统的大块MOF晶体制备方法(上)和金属氢氧化物纳米结构前驱体制备超薄MOF纳米带的方法(下)。
图1-(a) CoBDC晶体结构。(b) XRD图谱、(c) SEM和(d) TEM图像。(d):胶体CoBDC NRBs在乙醇中的Tyndall效应。(e)单个CoBDC NRB的TEM图像。(f) (e)中圆点圆形区域对应的SAED图形。(e)中插图:(010)平面上CoBDC NRB对应的晶体结构。(g)在CoBDC NRB边缘区域拍摄的CoBDC NRB的HRTEM图像。(h) codc NRB的暗场STEM图象及其对应的EDX图。(i)沿(i)中橙色线和蓝色线分别测量的CoBDC NRBs的AFM图像和相应的高度剖面。
图2-各种超薄MOF NRBs的合成。(a) NiBDC NRBs的SEM图像。插图:NiBDC NRBs的XRD图谱。(b)透射电镜图像。(c) NiBDC NRBs所选区域(白点圆圈)对应的SAED图。(b)中插图:(010)平面上NiBDC NRBs对应的晶体结构。(d) NiCoBDC NRBs的SEM图像。插图:NiCoBDC NRBs的XRD图谱。(e) NiCoBDC NRBs的TEM和HRTEM图像。(e)中插图:(010)平面上相应的NiCoBDC NRB晶体结构。(f)中插图:对应的SAED图。(g) CoTCPP NRBs的SEM图像。插图:CoTCPP NRBs的XRD图谱。(h)透射电镜(TEM)图。(i) CoTCPP NRB的HRTEM图像。插入(h):(001)平面上CoTCPP NRB相应的晶体结构。 (i)中插图:对应的SAED图。
图3- CoBDC NRBs的DNA检测。
总之，该论文报告一种高效和通用的方法，通过使用相关的金属氢氧化物纳米结构作为前体，合成一系列超薄 MOF NB，并已成功应用于DNA检测，具有优异的灵敏度和选择性。更重要的是，我们采用金属氢氧化物纳米结构作为前体的战略可以通过从金属氢氧化物中释放金属离子来控制MOF晶体的生长，在MOF NRB的合成中起着关键作用。这一策略可能为纳米尺度的MoF的结构、面、尺寸、尺寸、形状、结构、晶格菌株和组合物的工程开辟一条新途径，从而具有独特的物理化学特性和各种有前途的应用。
论文连接
https://doi.org/10.1093/nsr/nwz118
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