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 金屬有機(jī)骨架（MOFs）是由無(wú)機(jī)金屬中心與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝相互連接，形成的一類(lèi)具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)晶多孔材料。目前已知的MOF材料超過(guò)60,000種，大多數(shù)研究人員正致力于天然氣儲(chǔ)存材料的實(shí)驗(yàn)和理論研究，包括二氧化碳的封存和氫氣的儲(chǔ)存，甚至用在沙漠中收集水。雖然迄今為止的研究主要集中在固態(tài)MOF上，但由于微晶粉末不能燒結(jié)，難以結(jié)構(gòu)化，工業(yè)上很難對(duì)其進(jìn)行處理。

奇怪的是，通過(guò)觀察幾個(gè)熔融結(jié)晶MOF的結(jié)構(gòu)，及與其組成相同的液體，發(fā)現(xiàn)這些液體冷卻后會(huì)產(chǎn)生一系列新的氣體。與其人們熟知的晶體MOF相比，液態(tài) MOF所呈現(xiàn)的玻璃態(tài)極具新穎性，更引起早期人們對(duì)液態(tài)反應(yīng)性的研究，特別是液體MOF如何與另一種MOF組分相互作用。

為了進(jìn)一步研究，國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)利用一對(duì)晶體MOF（ZIF-4和ZIF-62），在加熱過(guò)程中用I22和I15-1光束線對(duì)其進(jìn)行研究。其相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature communications《自然通訊》雜志上，結(jié)果證明液態(tài)MOF可以與另一組分的MOF混合，形成可控的玻璃化轉(zhuǎn)變的MOF玻璃。

利用新技術(shù)研究非晶相MOFs

劍橋大學(xué)的材料化學(xué)家Tom Bennett博士，其研究小組以非晶態(tài)MOF的合成、表征和應(yīng)用，特別是液態(tài)MOF和玻璃態(tài)MOF為研究方向。他的目的主要有兩個(gè)：豐富MOF研究多樣化，不再只對(duì)晶態(tài)進(jìn)行研究；并深入探索該領(lǐng)域與玻璃、離子液體和聚合物的界面。在這項(xiàng)研究中，他的團(tuán)隊(duì)在Diamond上進(jìn)行原位變溫實(shí)驗(yàn)來(lái)研究?jī)蓚€(gè)融合在一起的MOF組分，并跟蹤其溫度變化。

針對(duì)兩個(gè)非晶MOF組分間的相互作用的研究十分復(fù)雜，需要利用新技術(shù)，研究小組之前就使用過(guò)I15-1光束線來(lái)獲得其材料的對(duì)分布函數(shù)（PDF），即單位體積內(nèi)兩個(gè)原子之間距離的分布函數(shù)，無(wú)論該材料是否為結(jié)晶。（一般用來(lái)比較粒子之間的分散程度,或者與對(duì)相互作用積分,得到總相互作用能。）

Andy Smith博士首先提出了利用I22光束線對(duì)這些材料進(jìn)行同步輻射小角度和廣角X射線散射（SAXS和WAXS）測(cè)試。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)：a. （ZIF-4-Co）（ZIF-62）（50/50）和（ZIF-4-Co）0.5（ZIF-62）0.5的X射線結(jié)構(gòu)因子S x（Q）；b. 相應(yīng)的X射線原子徑向分布函數(shù)D（r）；插圖：對(duì)（ZIF-4-Co）（ZIF-62）（50/50）的局部放大圖；c. 加熱時(shí)（ZIF-4-Co）0.5（ZIF-62）0.5的X射線結(jié)構(gòu)因子；d. 加熱時(shí)（ZIF-4-Co）0.5（ZIF-62）0.5的X射線原子徑向分布函數(shù)D（r）。圖片來(lái)源：第三代同步輻射光源

在加熱時(shí)對(duì)兩個(gè)MOF進(jìn)行原位SAXS和WAXS測(cè)試，結(jié)果證明由一種組分形成液體，而另一種組分形成非晶固體；也證實(shí)了二者粒子的結(jié)合，正好又驗(yàn)證了差示掃描量熱法的結(jié)果，即這兩個(gè)MOF成分發(fā)生了共混，以有機(jī)聚合物世界中已知的方式存在，但在MOF中卻沒(méi)有。利用XPDF測(cè)量回收的MOF混合物，證實(shí)存在與MOF狀態(tài)相關(guān)的金屬有機(jī)配體連接。

Smith博士闡述到，與第三代同步輻射光源技術(shù)不同，我們無(wú)法看到SAXS的單個(gè)原子，因?yàn)樵摷夹g(shù)適用于較長(zhǎng)的尺度，即大分子或分子組裝。研究中，我們能夠使用SAXS來(lái)觀察MOF的微晶體融化成玻璃態(tài)時(shí)發(fā)生的變化，并將其與同時(shí)顯示結(jié)晶度逐漸下降的WAXS數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。結(jié)合I22上的SAXS/WAXS和I15-1上的PDF測(cè)量，可以更全面地了解加工時(shí)的這些復(fù)雜材料的情況。我們希望在這個(gè)領(lǐng)域繼續(xù)有所作為。

另一個(gè)創(chuàng)新是使用非原位能量色散X射線光譜（EDS）來(lái)確定特定的元素和EDS斷層掃描技術(shù)。根據(jù)獲得的3D圖像顯示，在配體交換過(guò)程中，兩個(gè)MOF相在它們之間的界面處結(jié)合。由于實(shí)驗(yàn)中使用的兩個(gè)MOF粘性大，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，結(jié)合從較小顆粒的結(jié)晶MOF開(kāi)始，逐步導(dǎo)致更大程度的混合或共混。

液態(tài)MOF的下一步計(jì)劃？

下一步的研究主要是尋找可以共混的MOFs，生產(chǎn)更多有用的新材料。

Bennett博士認(rèn)為，關(guān)于非晶 MOF我們還有太多要學(xué)習(xí)和探索的地方。“玻璃態(tài)MOF和液態(tài)MOF具有巨大的潛力，而且在其他領(lǐng)域也有很大的發(fā)展空間，包括玻璃、離子液體和聚合物。許多研究人員在尋找非晶或液態(tài)MOF時(shí)，很可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了新的晶體結(jié)構(gòu)，但卻又把它丟棄。實(shí)際上，這些非晶態(tài)結(jié)構(gòu)可能比晶體更有趣。目前，我們只是剛剛踏足這一領(lǐng)域，我很有興趣與其他領(lǐng)域的研究人員合作。”Bennett博士還認(rèn)為，無(wú)論是協(xié)作還是與人們廣泛交流，Twitter是一個(gè)極有利的工具。