【MOF-74形貌控制】MOF-74晶体的尺寸和形态控制

首页 > 行业动态 > 【MOF-74形貌控制】MOF-74晶体的尺寸和形态控制

摘要
中国科学院大学吴春惠老师等报道的本篇文章（RSC Adv., 2024, 14, 20604）中研究了合成条件对金属-有机框架（MOF）晶体尺寸和形态的影响，特别是对经典MOF-74材料Mg-MOF-74的研究。通过改变反应物比例、酸度、封端剂以及反应溶液等合成参数，实现了从纳米到微米尺寸范围内晶体形态和尺寸的精确调控。特别是，通过改变水量首次合成了具有高长宽比（约0.5）的纳米级片状Mg-MOF-74晶体。这些不同尺寸和形态的MOF-74晶体是尺寸和形态控制优势的高级应用的良好候选材料。

研究背景
1.行业问题：MOF材料的尺寸和形态对其在催化、气体存储与分离、传感、生物医药等领域的应用具有重要影响，但精确控制MOF晶体的尺寸和形态一直是一个挑战。
2.其他学者的解决方案：先前的研究主要集中在MOF的设计与合成上，对尺寸和形态控制的研究较少，且缺乏对合成参数如何影响晶体形态的深入理解。
3.本文作者的创新改进：作者通过系统研究各种合成参数对Mg-MOF-74晶体尺寸和形态的影响，提出了一种精确调控MOF-74晶体尺寸和形态的方法，特别是通过改变水量实现了纳米级片状晶体的合成。

实验部分
1.MOF-74晶体的合成：
   - 通过改变配体与金属盐的摩尔比（1:3至1:9），研究了其对Mg-MOF-74晶体尺寸的影响。
   - 保持pH值在9.55，使用不同量的水（0至13 mL），研究了水对晶体形态的影响。
2.晶体尺寸和形态的调控：
   - 通过改变合成条件，如反应溶液的组成（水、DMF、乙醇的混合物）和封端剂的种类及用量，实现了对Mg-MOF-74晶体尺寸和形态的调控。
3.实验结果：
   - 当配体与金属盐的摩尔比增加时，晶体的长度显著减小，而宽度变化不大。
   - 增加水量时，晶体的长度显著增加，而宽度仅轻微增加。

分析测试
1.粉末X射线衍射（PXRD）：
   - 用于确认合成的Mg-MOF-74晶体的结构和相纯度。
2.扫描电子显微镜（SEM）：
   - 观察了不同合成条件下Mg-MOF-74晶体的形态和尺寸。
3.氮气吸附等温线：
   - Mg-MOF-74 (1:3) 和 Mg-MOF-74 (1:9) 的BET比表面积分别为1217 cm³ g⁻¹ 和 1211 cm³ g⁻¹，表明晶体尺寸和形态对孔隙结构影响不大。
4.孔径分布分析：
   - 两种比例合成的Mg-MOF-74晶体具有一致的孔径中心（1.13 nm）。

总结
本文通过系统研究合成参数对Mg-MOF-74晶体尺寸和形态的影响，成功实现了从纳米到微米尺寸范围内的精确调控。特别是通过改变水量，首次合成了具有高长宽比的纳米级片状Mg-MOF-74晶体。这些发现对于MOF材料的尺寸和形态控制具有重要的指导意义，对于MOF在高级应用中的性能优化具有潜在影响。

展望
本文的研究成果为MOF晶体的尺寸和形态控制提供了新的策略。未来的研究可以在以下几个方面进行扩展：
1. 对MOF晶体的尺寸和形态控制机制进行更深入的基础研究。
2. 探索不同MOF结构和合成条件下的尺寸和形态调控规律。
3. 研究尺寸和形态控制对MOF材料在实际应用中的性能影响，如气体吸附、催化效率等。
4. 开发更高效、低成本的MOF晶体合成方法，以促进MOF材料的工业化应用。

Size and morphology control over MOF-74 crystals
文章作者：Chunhui Wu, * Xinxin Chu, Xiaoling Wu, He Zhou, Youshi Zeng, Dongxu Wang and Wei Liu
DOI: 10.1039/d4ra03943b
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ra/d4ra03943b

本文为科研用户原创分享上传用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。