近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部微纳光电功能材料创新团队高振华教授课题组在有机微纳光子材料与信息编码器件领域取得重要进展。相关研究成果以“Facet-Selective Nucleation Control for Constructing Multi-Dimensional MOFs Heterostructures”为题发表在国际化学顶级期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上，并被遴选为热点论文。齐鲁工业大学（山东省科学院）为第一通讯单位。材料科学与工程学部硕士生林儒与张宏康为论文第一作者，高振华教授为独立通讯作者。
金属有机框架（MOF）异质结构因其形貌与组成的高度可调性，在高通量传感、防伪溯源和信息加密等领域展现出广阔的应用前景。该类材料兼具无机材料的结构稳定性与有机材料的可设计性与可加工性，其中多维MOF异质结构通过不同维度功能模块的协同耦合，能够实现单一组分难以达到的综合性能，为先进光电子器件、高效催化体系以及高安全性信息存储等高端应用提供了重要材料基础。特别是将不同维度的构建单元进行有序集成，构筑多维异质结构，可充分融合各维度材料在结构各向异性和表面化学非均相性方面的优势，通过界面协同效应显著提升整体性能。然而，现有MOF外延生长策略主要局限于“同维外延”，在很大程度上制约了结构多样性与功能拓展。不同维度晶体模块之间普遍存在的结构不相容性和晶格失配问题，往往难以形成界面清晰、结合稳定的异质结构。同时，对于跨维度MOF生长过程中的成核与生长动力学机制仍缺乏系统认识，使得如何在微观尺度上实现次级MOF模块在种子模板上的空间精准定位与拓扑可控生长，成为该领域亟待突破的关键科学问题。
针对上述瓶颈，高振华教授课题组提出了一种创新性的“晶面选择性成核”策略。该方法通过精确调控不同晶面的成核势垒，有效突破了跨维度外延生长的限制，实现了二维MOF模块在一维MOF微米棒特定晶面上的区域选择性生长，成功构筑了一系列构型高度可编程的多维MOF异质结构。研究人员利用Ln-MOF微米棒顶端晶面固有的高表面能特性，选择性诱导二维（2D）MOF微米片在棒体顶端成核与外延生长，成功构筑了结构与性能可调的哑铃状异质结构（图1）。在此基础上，为进一步突破单一顶端生长模式的限制，研究人员引入乙醇作为双功能表面调控剂。乙醇分子优先吸附于微米棒侧壁晶面，有效调节局部溶剂化环境并显著降低侧壁成核势垒，从而实现了次级生长位点由顶端向侧壁的可控转移，诱导二维模块沿一维棒体方向周期性排列，形成具有高度有序特征的串珠状异质结构。
图1.多维MOF异质结构的晶面选择性生长机制与可控构筑
在上述基础上，研究人员借助不同Ln-MOF的同构特性，基于不同镧系金属离子优异的发光特性，成功构筑了具有空间分辨发光颜色的多维异质结构。进一步利用这些空间分辨的光谱信息进行编码，开发了具有高编码容量和结构唯一性的光子学条形码。该工作展示的晶面选择性外延生长策略，为合成具有可编程构型和维度的分级MOF异质结构提供了一个通用平台。这种基于晶面反应活性调控的合成方法学，不仅丰富了异质材料的结构多样性，也为先进光电子学、防伪系统及信息加密技术等领域的应用开辟了新路径。
论文信息：
Facet-Selective Nucleation Control for Constructing Multi-Dimensional MOFs Heterostructures, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.202525577
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202525577
