多尺度纳米乳液引导的各向异性组装用于构建层次多孔金属-有机框架

《Journal of Materials Chemistry A》：Multi-scale nanoemulsion-directed anisotropic assembly for hierarchically porous metal–organic frameworks

通过双表面活性剂调控多尺度纳米乳液定向组装，成功制备具有可调孔结构的ZIF-67纳米碗，其多级孔结构显著提升二氧化碳环加成催化性能，并扩展至其他ZIF型MOF及复杂核壳结构合成

　　

各向异性的分层多孔金属-有机框架（MOF）纳米材料由于其多样的配位网络、可编程的催化功能以及增强的质量扩散能力，在异相催化方面具有巨大的潜力。然而，同时控制MOF纳米粒子的结构对称性并在MOF基质中整合可调的中孔结构仍然是一个重大挑战。在此，我们提出了一种多尺度纳米乳液引导的各向异性组装策略，用于制备具有高度可调孔结构的中孔ZIF-67纳米碗。该方法采用双表面活性剂系统（F127和P123）来稳定不同大小的纳米乳液。较小的纳米乳液被包裹在生长中的MOF基质内部，形成内部中孔，而较大的纳米乳液则作为成核界面，引导其各向异性组装。通过调节F127与P123的质量比，我们可以调整整体表面活性剂的摩尔浓度以及亲水段与疏水段的比例，从而实现纳米乳液尺寸的非单调变化。这种精细的控制使得能够合成一系列ZIF颗粒，包括具有可调孔结构的各向异性和各向同性形态。此外，通过改变金属来源或采用外延生长策略，该技术还可以扩展到其他类型的ZIF MOF以及复杂的核心-壳层分层结构的制备。得益于这种碗状的分层多孔纳米结构，它促进了反应物的富集并加速了质量传输，因此所得到的中孔ZIF-67纳米碗在二氧化碳环加成反应中表现出优异的催化活性。这项工作为通过多尺度纳米乳液驱动的各向异性组装构建分层多模态多孔MOF提供了一个通用平台，为先进催化、能量转换和生物医学领域应用开辟了新的途径。