南京师范大学化科院教师在《德国应用化学》发表重要研究成果

发布于 2021-03-30 21:53 ，所属分类：知识学习综合资讯

近日，我校化科院古志远教授课题组在色谱分离介质研究领域取得重要研究进展。相关成果以“Controlling the Stacking Modes of Metal-Organic Framework Nanosheets through Host-Guest Noncovalent Interactions”为题发表在Angewandte Chemie International Edition《德国应用化学》上（Angew. Chem. lnt. Ed., 2021, 60, 6920-6925，网址为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014673），并入选VIP论文，作为Frontispiece亮点展示。Angewandte Chemie International Edition杂志是Wiley公司的顶级期刊，最新影响因子为12.959。

具有超薄厚度的二维层状纳米材料，如石墨烯、二硫化钼等，由于其独特的性质，受到广泛关注，被成功应用于电池、传感器、医疗电子等多个领域。最新的研究报道指出，二维层状材料层间的扭转和堆积会对材料的导电性、传热性、稳定性等具有重要影响。例如，约1.1度魔角扭转的双层石墨烯展现出超导特性。因此，调控二维层状材料层间的扭转和堆积具有重要意义。

二维金属有机骨架（2-D MOFs）纳米片是一种由金属离子和有机配体自组装形成的新型层状多孔材料。与三维块体材料相比，2-D MOF纳米片具有厚度薄、比表面积大、暴露的活性位点多等优点，成为近年来研究的热点之一，被广泛应用于催化、荧光传感和气体吸附分离等领域。与传统二维片层材料相似，2-D MOFs纳米片的性质也可以通过调控层间的扭转和堆积来实现，这有利于进一步挖掘和开发材料的新功能与应用。

近日，南京师范大学的古志远教授与北京化工大学刘大欢教授合作，提出了一种客体分子诱导策略，调控2-D MOFs纳米片层间扭转或规整堆积。规整堆积的纳米片可以高效分离六组二取代苯异构体。

首先合成具有较薄厚度和良好热稳定性的2-D Zr-BTB纳米片，采用不同的溶剂在分子水平上精确调控纳米片扭转和堆积。甲苯（MB）和乙酸乙酯（EA）溶剂分子分别与纳米片骨架之间产生不同的π-π相互作用和静电作用，进而诱导纳米片形成特定角度的扭曲堆积。MB诱导纳米片层间形成12^o、18^o、24^o的扭转角度；EA诱导纳米片层间形成6^o、18^o、24^o、30^o的扭转角度。采用分子力学模拟计算不同角度下纳米片的能量，结果显示在0^o-30^o内纳米片能量呈上下波动，且在特定角度（6^o、12^o、18^o、24^o、30^o）下纳米片具有区域能量最低值，这与实验结果一致。扭曲堆积的纳米片形成无序纳米孔道，无异构体分离能力。

与MB和EA不同，直链烷烃分子可以从垂直方向插入纳米片孔道中。骨架与直链烷烃分子之间产生疏水相互作用，诱导纳米片形成规整堆积。规整堆积的纳米片能够高效分离六组取代苯异构体，且分离效果明显优于扭曲堆积纳米片色谱柱和商业柱（HP-5MS和VF-MAXMS）。这项工作通过调控溶剂分子与MOFs纳米片之间的相互作用，为定向调控纳米片堆积提供了一个新的策略。