利用聚合物包覆颗粒合成与表征自组装金属-有机框架单层

我们的实验室致力于研究多孔固体材料的交叉领域，特别是金属-有机框架（MOF）与有机聚合物。我们非常关注这两类材料之间的界面特性，并致力于探索如何制备出兼具多孔固体与聚合物组分特征的新型复合材料，从而获得全新的涌现性质。近期，我们发现通过在MOF表面进行接枝聚合，能够制备出自组装形成超薄薄膜的MOF-聚合物复合微粒。

我们将这种薄膜称为自组装MOF单层膜（self-assembled MOF monolayer，SAMMs）。目前我们关注的是SAMMs如何随聚合物长度、颗粒尺寸及其他特性而变化。我已开始探索聚合物分子量、聚合物组成、聚合物接枝密度以及颗粒尺寸和形状对SAMM形成与稳定性的影响。

我认为本研究对于理解与控制SAMM的形成、稳定性及其未来应用将具有重要意义。SAMM的一个有趣特性是，它们可以制备得极薄，仅有一个粒子层的厚度。据我们所知，目前尚无其他如此薄且无基底支撑、可自由悬浮的粒子薄膜。

这种独特的性质可能使自组装单分子膜（SAMMs）在作为膜材料方面相较于其他薄膜或颗粒组装体具有优势。我们非常感兴趣于继续研究SAMMs的自组装过程，以及使其在超薄薄膜中表现出高度稳定性的独特性质。特别是，我们非常关注将SAMMs作为涂层和膜材料应用于具有挑战性的分离过程中的研究。

最终，我们认为SAMMs为尚未探索的研究领域提供了多种途径。首先，将10毫克的儿茶酚-DDMAT转移至一个20毫升的小瓶中。使用量筒小心加入5毫升氯仿至该小瓶中。

将UiO-66水分散液转移至40毫升圆锥形离心管中。然后将邻苯二酚-DDMAT溶液加入同一离心管中。涡旋混合溶液3分钟，以确保充分混匀。

接下来，使用量筒向混合液中加入 20 毫升乙醇。充分振荡试管，使溶液均匀混合。在约 10,000 × g 的条件下离心 10 分钟。

弃去上清液，然后加入约 40 毫升新鲜乙醇洗涤沉淀。超声处理溶液以充分重新分散颗粒。再次离心后，向试管中加入 5 毫升 DMSO。

再次超声处理颗粒以获得最佳分散效果。将溶液转移至15毫升锥形离心管中用于储存。首先，用移液器吸取2毫升DMSO中的UiO-66 DDMAT颗粒分散液，转移至置于搅拌板上的10毫升圆底烧瓶中。

将搅拌子放入烧瓶中，开始搅拌分散液。然后，用移液器向烧瓶中加入12 µL的三(苯基吡啶)合铱(III)催化剂储备液。

现在，在搅拌的同时向烧瓶中加入 0.45 毫升 DDMAT 储备溶液。接着，用移液器将 1.7 毫升丙烯酸甲酯转移至一个 20 毫升的小瓶中。然后用微量移液器向该小瓶中加入 2 毫升二甲基亚砜（DMSO）。

振荡小瓶以溶解丙烯酸甲酯。将丙烯酸甲酯溶液缓慢逐滴加入反应瓶中。停止搅拌。

然后用隔垫将烧瓶严密密封。将一根长针连接到氮气供应歧管上，穿过隔垫插入烧瓶内部的气相空间。

插入一根短针穿过隔垫以形成出口。打开氮气阀以对溶液进行脱气。将长针降至烧瓶底部，持续 15 分钟。

然后将针头提升至内部气层。依次脱气后，先移除短针，再移除长针。然后关闭氮气阀。

将定制的蓝色LED光反应器放置在搅拌板上，连接电源后确认其发出蓝光。在光照条件下重新启动混合物的搅拌。用铝箔覆盖反应器上部，以防止过度曝光。

当反应溶液的黏度增加至无法继续搅拌时，关闭LED灯。对于颗粒自组装，首先将颗粒分散在甲苯中形成分散液。小心地将约10微升甲苯分散液滴加到盛有去离子水的60毫米宽的培养皿中。

当水面上的甲苯完全蒸发后，使用铜丝制成的环小心地移除部分单分子层。在剩余的共溶剂水蒸发后，可观察到一个独立的单分子层。将聚合物接枝的金属有机框架材料从高浓度甲苯分散液中滴加到水面上，可形成具有虹彩的单分子层。

使用铜丝模具转移单层膜，可实现游离自支撑微阵列膜（SAMMs）的形成。