浙大研究团队在MOF薄膜成型加工领域取得重要突破
浙大研究团队在MOF薄膜成型加工领域取得重要突破
浙江大学化学工程与生物工程学院赵俊杰研究团队在金属有机框架（MOF）薄膜的成型加工方面取得重要进展。研究成果以“可用于柔性集成的具有可调图灵图案的褶皱MOF薄膜（Wrinkled metal-organic framework thin films with tunable Turing patterns for pliable integration）”为题，于2024年8月9日发表在《科学》（Science）杂志上，此研究得到了国家自然科学基金项目等资助。
MOF是一类多孔晶体材料，凭借其超高比表面积、可灵活设计的化学组成和易于调控的孔道结构，在分离、储能、传感、催化等领域展现出应用潜力。将MOF材料加工成连续、致密的薄膜能够更大限度地发挥其优势。然而，以往的MOF薄膜普遍又硬又脆，使这类材料面临着集成应用难的困境。
为突破上述难题，该研究团队提出了一种限域界面合成方法，成功制备出一种全新的褶皱MOF薄膜。团队通过在原子层沉积（ALD）的氧化锌表面添加聚合物覆盖层的方式，构筑了一个限域反应空间。在这个空间内，合成MOF的反应试剂与氧化锌表面释放的碱性水解产物会进行相向扩散，同时发生化学反应。经过建模仿真和实验验证，团队发现通过调控“反应-扩散”条件，可制备出5类共十三种图灵图案，获得了形貌可调的皱褶MOF薄膜。引入褶皱结构不仅增加了MOF薄膜的有效表面积，而且提升了薄膜的力学性能，使其能够承受53.2%的应变并回复至初始状态。褶皱MOF薄膜还能够转移至有机玻璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基材，实现“即插即用”。通过这种加工方式，研究团队制备出了基于MOF材料的气体分离膜，实现了氢气/二氧化碳的高效分离。此外，团队还将褶皱MOF薄膜转移到柔性电极上，制造出可弯曲的湿度传感器。该薄膜加工成型方法为MOF薄膜的应用提供了技术支撑。
图 褶皱MOF薄膜的独特性能、图灵形貌以及集成应用案例