Angew. Chem. Int. Ed. 中科院福建物構所張健課題組研發MOF合成超小熒光碳-納米點陣列及光學應用

Kevin 6年前 (2017-05-15) 8318瀏覽

【引言】

碳納米點（CD）具有優異的光物理行為，化學穩定性高，毒性低和生物相容性好等優良的化學性質，在催化、熒光、傳感器裝置的制造等領域的應用引起了科研工作者廣泛的研究興趣。但制備均勻尺寸的CD仍然是一項具有挑戰性的任務。研究表明：將CD組裝成陣列形成量子點超晶格合成的材料具有新特性的光學。然而，CD組裝成納米陣列仍然是一個巨大的挑戰。在眾多的材料中，有序孔的結晶骨架材料提供作為CD合成模板的潛力。特別令人感興趣的是具有明確孔徑的金屬-有機骨架（MOF），其由金屬離子節點和有機-配體組成。密閉空間中形成的反應產物應顯示出所需的均勻尺寸分布和現有的合成方法無法實現的形態。此外，使用折射系統將為制造具有明確和不同尺寸的CD提供合適的平臺。最后，制造明確的MOF和表面錨定MOF（SURMOF）涂層的最新進展將滿足直接制造各種應用器件和傳感器的基本要求。

【成果簡介】

近日，中科院福建物構所張健（通訊作者）課題組在Angew. Chem. Int.?Ed.?上發表了題為“MOF-Templated Synthesis of Ultrasmall Photoluminescent Carbon-Nanodot Arrays for Optical Applications” 的文章。該研究團隊開發出葡萄糖（C6H12O6）作為碳源滲透MOF（命名：HKUST-1）孔道，N2氣氛中煅燒形成的CD被限制在MOF孔中，從而產生明確定義的CD陣列CD@MOF。隨后，可以對3DCD陣列進行光物理實驗測試。雖然已經報道了MOF相關的CD制造方法，但是還未報道MOF的毛孔中直接合成CD以產生包含在（仍然完整的）MOF中的CD陣列。此類材料可以為設計和開發新的多功能納米點陣列提供重要借鑒意義。

【圖文導讀】

方案1 MOF模板制備光致發光CD的示意圖

通過MOF模板制備光致發光CD的流程圖。

圖1 C6H12O6作為碳源，利用MOF模板制備光致發光CD的相關物化性能表征

（a）葡萄糖（G），HKUST-1，G裝載HKUST-1的XRD圖；

（b）N2氣氛下，葡萄糖（G）焙燒前后的光學照片；

（c）N2氣氛下，HKUST-1焙燒前后的光學照片；

（d）N2氣氛下，G裝載HKUST-1焙燒前后的光學照片；

（e）HKUST-1-200和CD@HKUST-1-200的N2吸脫附測試；

（f）HKUST-1-200和CD@HKUST-1-200的循環伏安曲線（CV）曲線。

圖2 利用不同的模版制備CD的TEM、尺寸分布及孔徑分布

（a）HKUST-1制備的CD的TEM圖像；

（b）ZIF-8制備CD的TEM圖像；

（c）MIL-101制備CD的TEM圖像；

（d）HKUST-1制備CD的尺寸分布；

（e）ZIF-8制備CD的尺寸分布；

（f）MIL-101制備CD的尺寸分布；

（g）通過MOFs模擬的CD的尺寸和相應的模擬的MOF孔徑之間的比較。

圖3 不同大小的CD的光致發光和發射波長對CD大小的對應關系

（a）不同大小CD的光致發光； ? ? ? ? ? ? ? ? ??（b）發射波長對CD大小的對應關系。

圖4 超小熒光CD陣列及光學應用

（a）初始功能化石英玻璃的照片，石英玻璃上生長的G@HKUST-1-200薄膜，以及合成中的中間材料;

（b）在350nm的激發波長下CD-HKUST-1-200薄膜的歸一化光致發光；

（c）在石英玻璃上生長的G@HKUST-1薄膜和CD@HKUST-1-200薄膜的532nm處的開孔Z掃描數據（點）和理論擬合（實線）。

【小結】

該研究團隊通過使用MOFs作為有效模板，葡萄糖浸漬多孔MOF并在低溫下煅燒葡萄糖來合成具有超小尺寸和均勻尺寸的CD。CD的尺寸非常接近模板MOF的孔徑。證明MOFs為具有良好可調諧發光發射的CD的受控合成提供了良好的模板。還在石英玻璃上生長了一個裝有CD的MOF薄膜，并且在532nm處提供了光學限制的良好應用。本研究為光學應用的超小型CDs的可控合成提供了一種新穎的方法。

文獻鏈接： MOF-Templated Synthesis of Ultrasmall Photoluminescent Carbon-Nanodot Arrays for Optical Applications（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201702162）

本文由材料人編輯部納米材料學術組汪李超供稿，材料牛編輯整理。歡迎加入材料人編輯部MOF學術交流群（120199039）！

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