研究内容

研究金属-有机框架(MOFs)中的晶体转化过程，对于推进我们对创新材料的生长机制和设计的理解具有重要意义。

南京理工大学付永胜和朱俊武 通过液滴中的Marangoni效应实现了从三维(3D)沸石咪唑酸盐纳米立方体（ZIF）到二维（2D）ZIF纳米框架的理论上不可能的转变方向。这种转变挑战了人们的既定信念，即只有从2D ZIF-L到3D ZIF-67的转变是可能的，这忽略了反向过程。有限元分析表明，在保证Marangoni流下质量分布和热传输均匀的情况下，从三维ZIF到二维ZIF的转换是可行的。相关工作以“ Transformation of ZIF-67 Nanocubes to ZIF ‑ L Nanoframes ”为题发表在国际著名期刊 Journal of the American Chemical Society 上。

研究要点

要点1. 作者利用Marangoni效应开发了一种简单而通用的策略，成功地完成了从3D ZIF-67到2D ZIF-L的转换。

要点2. 整个转化过程分为四个阶段，在初始阶段，使用传统方法合成ZIF-67纳米立方体。具体而言，将硝酸钴(II)六水合物(291 mg，1 mmol)和CTAB(2 mg，5.4 mmol)溶解在10 mL去离子水中，并在室温下添加到70 mL 2-Hmim(4.54 g，5.5 mmol)溶液中。搅拌20分钟后，使系统在室温下沉淀24小时，形成ZIF-67纳米立方体。在阶段II中，从系统中去除70 mL上清液，并通过在室温下将10 μL剩余的母液转移到硅板(10mm×10mm)上形成液滴。在这个阶段，ZIF-L的生成发生了，推动了从3D ZIF-67到2D ZIF-L之间的转换过程。液滴内部的Marangoni效应调节了物质的传输，并为ZIF-L的形成提供了驱动力，ZIF-L覆盖了ZIF-67纳米立方体的边缘。阶段III，溶剂的蒸发温和地改变了溶质的浓度和分布。导致ZIF-L的持续生长，促进ZIF-67的解体，导致ZIF-L和ZIF-67以核-框架状结构共存。第四阶段，3D ZIF-67纳米立方体完全消失，在硅板上以65%的产率获得2D ZIF-L纳米框架。在干燥的2D ZIF-L纳米框架中观察到的特征咖啡环图案进一步支持了转化过程中Marangoni对流的存在。

要点3. 作者利用TEM、XRD和FT-IR技术对合成的纳米立方体进行了表征。

这项研究不仅展示了MOF晶体转化的替代途径，而且为MOF纳米框架的构建提供了新的视角。

研究图文

图1. 结晶路径上自由能波动的说明。

图2. （a）从ZIF-67纳米立方体到ZIF-L纳米框架的转化过程。（b）ZIF-67纳米立方体和（c-e）不同转化阶段的SEM。比例尺：1 μm 。

图3. 有限元分析和对照组实验结果。

文献详情

Transformation of ZIF-67 Nanocubes to ZIF ‑ L Nanoframes

Wuxin Bai, Jiaqi Chen, Xin Wang, Junwu Zhu,* Yongsheng Fu*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c10827

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