奥斯特瓦尔德熟化介导MOF在单个纳米颗粒上的可控嫁接

无机纳米颗粒与金属有机框架复合物（MXF）因其优异的物理化学性质在能源、催化、以及生物化学等方面受到了广泛的关注。但由于这种复合物的合成机理不清，合成条件复杂多变，精确控制有机金属框架（MOF）在无机纳米颗粒表面的生长是一个非常大的挑战性难题。

近日，湖南大学谭蔚泓（点击查看介绍）团队和美国国立卫生研究院陈小元（点击查看介绍）团队合作通过奥斯特瓦尔德熟化将MOF成功嫁接到了单个无机胶体纳米颗粒表面并实现精确控制MOF在无机胶体纳米颗粒表面的厚度。在MXF制备的过程中，作者先通过配体交换把高温油相合成的无机胶体纳米颗粒转换成亲水的具有多齿配体的胶体纳米颗粒使其能够分散在二甲基甲酰胺（DMF）中。在90度条件下，MOF前驱体自身会迅速结晶均相成核，同时也会跟羧酸修饰的多齿胶体纳米颗粒结晶异相成核。由于纳米颗粒形成的异质晶核体积大，表面能量低，而MOF前驱体形成的均相晶核体积小表面能量大，在热力学推进过程中，体积小表面能量大的均相晶核会不断释放表面的配体，直到完全分解，而体积大表面能量小的异质晶核则会不断与释放的自由配体形成新的配位，进而不断生长直到所有释放的配体被消耗。这种通过成核，分解，再沉积生长来降低系统能量的方式是一种典型的奥斯特瓦尔德熟化现象。

在发现了奥斯特瓦尔德熟化介导的MXF生长机理之后，作者又通过调控MOF前驱体浓度实现了胶体颗粒表面MOF厚度的精确控制。利用奥斯特瓦尔德熟化，作者将MOF嫁接应用到了不同材料、不同形貌、不同尺寸的多齿配体无机胶体纳米颗粒。

近年来，多孔MOF纳米材料已经在药物输送、可控释放、光热以及光动力治疗领域吸引了广大学者。MXF的提出将无机纳米与金属有机框架二者功能结合，为其生物化学领域提供了应用思路。上转换纳米颗粒（UCNP）可以将近红外光转化为可见光，进而激发卟啉构建的MOF光敏剂产生单线态氧，为MXF的近红外光动力治疗提供了基础。

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.。文章的第一作者刘远现为美国国立卫生研究院陈小元组博士后。该项目得到了国家自然科学基金和美国NSF，NIH基金项目的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ostwald Ripening-Mediated Grafting of Metal−Organic Frameworks on a Single Colloidal Nanocrystal to Form Uniform and Controllable MXF

Yuan Liu, Yu Yang, Yujia Sun, Jibin Song, Nicholas G. Rudawski, Xiaoyuan Chen, Weihong Tan

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 7407-7413, DOI: 10.1021/jacs.9b01563

导师介绍

谭蔚泓

https://www.x-mol.com/university/faculty/10092

陈小元

https://www.x-mol.com/university/faculty/38289