中山大學：研究人員發現光學陶瓷可與金屬有機骨架相結合

最近，中山大學的研究人員報告說，通過簡單的降低溶劑揮發速率，金屬-有機骨架納米晶體可以在室溫下熔融，形成透明的陶瓷狀的單晶，透光率高達84%，而放大的自發輻射的能量閾值較低。來源:? 中國科學出版社

陶瓷是一種由無機非金屬微晶燒結組成的多晶體，由於缺陷、氣孔和雙折射，通常是不透明的。消除內光散射會產生透明或光學陶瓷。

張建鵬和中山大學的同事們開發了新的金屬有機骨架，用於製備光學陶瓷。他們在《中國科學：材料》上發表了他們的成果。

長期以來，張的團隊一直致力於金屬有機骨架及其在吸附、分離、感測等領域的應用。光學陶瓷是一種特殊的陶瓷，和單晶一樣，它們是透明的。光學陶瓷的發展很大程度上依賴於前體材料。

「為了使陶瓷透明，內孔和雜質應盡量減少到零。這是一個非常嚴格的要求，」張說。「前驅體不僅需要高純度和均勻的尺寸分布，而且必須在立方對稱中結晶，以消除雙折射效應。」

此外，製備陶瓷需要高溫燒結工藝。因此，到目前為止，只有少數材料可以用於光學陶瓷。

多孔配位聚合物也被稱金屬有機骨架化合物(MOFs)，包括吸附、催化、感測和光學領域，已經引起了廣泛的關注。「然而，通常它們是微晶粉末，」他說。「製備具有高質量和大尺寸的MOF膜和單晶仍具有挑戰性。」

儘管在普通溶劑中溶解度較低，但MOFs的納米晶體和建築單元具有顯著的交換速率，特別是在小尺寸、曲率較大的顆粒中。張說:「這對MOFs的晶體生長和離子/配體交換過程至關重要。」由納米晶體組成的團聚體內部的缺陷可以形成一個凝聚體。

張說:「這一理念激勵我們把納米晶作為前體，然後把它們融合成透明的整體，即金屬有機光學陶瓷(MOOC)。

SOD型2-甲基咪唑啉鋅（即MAF-4或ZIF-8），是第一個具有天然沸石結構和晶體對稱性的MOF，因其特殊的孔隙結構和高穩定性而被廣泛研究。張說:「實驗上，我們用乙醇作為溶劑，生產直徑為20nm的MAF-4納米晶體，離心得到的凝膠狀物質在室溫下自然乾燥，最終轉化為無色透明的單晶或MOOC-1，其光透光率為84%。如果你在高溫或真空中乾燥樣品，就像MOF合成的一般工藝一樣，你只能獲得普通白色粉末的MOF。

x射線衍射分析表明，MOOC-1是多晶而不是單晶或玻璃。MOF-4及其組件中的孔隙允許發光染料，sulforhodamine 640 (SRh)在MOOC-1中摻雜，形成發光的光學陶瓷SRh@MOOC-1，它產生放大的自發輻射(ASE)，其低能量閾值為每平方厘米31微焦耳，受532納米激光的刺激。「這個數值低於之前有關基於MOF的ASE /激光的報道。此外，降低溶劑蒸發率是一種可以將MOF納米晶體熔合成緻密透明晶體的有效方法，」張說。

中山大學的陳曉明教授，MAF-4的創始人說:「這一策略擴展了光學陶瓷的候選範圍，並為開發基於MOF的光學、吸附、分離和感測應用設備提供了新的途徑。」

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