導(dǎo)電金屬有機(jī)骨架（C-MOF）薄膜在電子、傳感器、能源器件等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用前景。將各種功能物種固定在C-MOF的孔內(nèi)，可以進(jìn)一步提高C-MOF薄膜的性能，進(jìn)一步拓展其潛在的應(yīng)用前景。然而，開發(fā)簡便、可擴(kuò)展的高質(zhì)量超薄C-MOF的合成，同時將功能物種固定在MOF孔內(nèi)仍然極具挑戰(zhàn)性。
近日，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）Steve Park，Il-Doo Kim報(bào)道了開發(fā)了一種用于超快（≤5 mm/s）和大面積合成高質(zhì)量納米催化劑嵌入的C-MOF薄膜的微流控通道嵌入的溶液剪切（MICS）技術(shù)，C-MOF薄膜的厚度可控制到幾十納米。
要點(diǎn)1. 與傳統(tǒng)的溶液剪切相反，在MICS中，微流控通道被嵌入到葉片中，這些通道充當(dāng)化學(xué)合成納米催化嵌入的C-MOF的微反應(yīng)器。研究人員選擇了具有大量剛性孔的2D結(jié)構(gòu)的Cu3(hexahydroxytriphenylene)2[Cu3(HHTP)2]。首先將Cu金屬前驅(qū)體溶液與有機(jī)配體(2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene)/reducing試劑(NaBH4)溶液混合，誘導(dǎo)Cu3(HHTP)2 C-MOF粒子成核。然后將該溶液與Pt前驅(qū)體溶液混合，使Pt納米催化劑顆粒固定在C-MOF孔內(nèi)。當(dāng)含有嵌入Pt的Cu3(HHTP)2（Pt@Cu3(HHTP)2）顆粒的溶液流到加熱的基板（150 °C）上時，顆粒在基板上生長成薄膜。這種方法誘導(dǎo)了C-MOF的超快合成和微流控通道中金屬納米粒子的還原以及通過溶液剪切直接在襯底上生長了負(fù)載金屬NP的C-MOF。
要點(diǎn)2. 為了展示Pt@Cu3(HHTP)2薄膜的超高催化活性和潛在的應(yīng)用前景，研究人員研究了其化學(xué)電阻傳感特性。得益于超薄C-MOF的高比表面積和孔隙率，以及嵌入在C-MOF中的納米催化劑的催化活性，Pt@Cu3(HHTP)2薄膜在3 ppm的NO2下表現(xiàn)出明顯的電阻變化（ΔR/Ra=-89.9%）。相反，Cu3(HHTP)2粉末和Cu3(HHTP)2薄膜的響應(yīng)度較低（分別為-11.8%和-53.7%）。此外，Pt@Cu3(HHTP)2和Cu3(HHTP)2薄膜能夠檢測到低至0.1 ppm的NO2，而Cu3(HHTP)2粉末在1 ppm以下不起作用。此外，Pt@Cu3(HHTP)2薄膜傳感器對其他干擾分析物表現(xiàn)出超高的NO2交叉選擇性。
Kim, JO., Koo, WT., Kim, H. et al. Large-area synthesis of nanoscopic catalyst-decorated conductive MOF film using microfluidic-based solution shearing. Nat Commun 12, 4294 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-24571-1
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24571-1
