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红外纳米光谱技术解析表面负载金属有机框架薄膜生长机制
Delen, G., Ristanović, Z., Mandemaker, LDB., Weckhuysen, BM.
Chemistry
Abstract
对金属有机框架（MOF）薄膜的组装、取向及无缺陷生长控制对其未来应用至关重要。层层自组装（LbL）法被认为是合成多种MOF拓扑结构高度取向薄膜的有效方法，但薄膜生长的初始阶段仍不甚明晰。本研究结合红外反射吸收光谱与原子力显微镜-红外成像（AFM-IR）技术，探究了表面负载MOF（SURMOF）薄膜——特别是HKUST-1的组装与生长过程。薄膜红外光谱测量具备单层灵敏度与＜10 nm空间分辨率。与常规LbL SURMOF合成认知不同，我们发现了表面阻碍生长现象及制备的MOF薄膜中大量醋酸铜前驱体物种的存在。生长通过溶液介导机制进行，弱吸附醋酸铜物种导致形成尺寸远超理论生长极限的晶体团聚体。我们报道了物理吸附醋酸铜表面物种的光谱表征，并发现大量未交换及混合铜桨轮结构的存在证据。基于这些发现，我们成功优化并自动化了合成方法，以显著缩短的合成时间制备出（100）取向HKUST-1薄膜，同时实现了硝酸铜作为高效合成前驱体的应用。