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MOF是一類新興的多孔晶體材料，但MOF粉末難溶又難熔、薄膜又硬又脆，使這類材料成型加工極為困難。趙俊杰團(tuán)隊(duì)找到一種巧妙的方法，讓MOF薄膜形成“褶皺”結(jié)構(gòu)，在增加其活性表面的同時(shí)賦予其出色的形變能力，改變了MOF薄膜“一拉就斷、一掰就碎”的命運(yùn)。

受圖靈理論的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)提出限域界面合成的方法。他們?cè)谠訉映练e（ALD）的氧化鋅表面添加聚合物覆蓋層，構(gòu)筑一個(gè)限域反應(yīng)空間。在這個(gè)空間內(nèi)，合成MOF的反應(yīng)試劑自上而下擴(kuò)散，氧化鋅表面釋放的堿性水解產(chǎn)物自下而上擴(kuò)散，從而形成一組相向運(yùn)動(dòng)的化學(xué)行波。

研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變反應(yīng)試劑的濃度、聚合物覆蓋層的厚度，制備出5類共13種圖靈圖案，獲得了形貌可調(diào)的褶皺MOF薄膜。這些圖案涵蓋了經(jīng)典的迷宮狀條紋、點(diǎn)狀、環(huán)狀等多種圖靈圖案類型，與自然界中海鰻、箱鲀、豹等動(dòng)物的斑紋十分相似。

引入褶皺結(jié)構(gòu)不僅大幅增加了MOF薄膜的有效表面積，還賦予了MOF薄膜出色的柔韌性，使其能夠承受高達(dá)53.2%的應(yīng)變而不被破壞。而MOF本體能夠承受的應(yīng)變常常不超過(guò)0.3%。褶皺MOF薄膜優(yōu)異的力學(xué)性能使MOF材料能像貼紙一樣，輕松實(shí)現(xiàn)在不同基底之間的轉(zhuǎn)移。研究人員將其轉(zhuǎn)移到有機(jī)玻璃、多孔陶瓷、金屬電極等多種基底上，發(fā)現(xiàn)薄膜的結(jié)構(gòu)和性能得到完好保留。

通過(guò)這種靈活轉(zhuǎn)移的加工方式，研究團(tuán)隊(duì)制備出基于MOF材料的氣體分離膜，實(shí)現(xiàn)了氫氣/二氧化碳的高效分離。他們還將褶皺MOF薄膜轉(zhuǎn)移到柔性電極上，制造出可彎曲的濕度傳感器。這兩種應(yīng)用場(chǎng)景展示了MOF薄膜即插即用的巨大潛力。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adn8168