【纳米】单层MOF颗粒模板诱导电化学沉积银微纳结构阵列及SERS性能研究- 大数跨境

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2023-10-13

导读：最近，浙江大学杨士宽与Kenji Mochizuki研究员团队合作发展了气/液界面自组装方式，成功制备了大面积、结构均一的UiO-66八面体颗粒单层膜。

金属微纳结构阵列在传感、催化、超材料等领域具有重要应用。传统微纳加工手段能够制备复杂的微纳结构阵列，但耗时长、成本高且需要昂贵的仪器及专业操作人员，因此亟待发展其它的制备手段。尺度均一聚苯乙烯或氧化硅微球能够自组装成结构有序的单层膜（胶体晶体模板），结合电化学、湿化学、热蒸镀等材料生长手段能够获得多种微纳结构阵列。在该过程中，胶体晶体模板发挥掩模（mask）或者模具（mold）的功能。例如，浙江大学杨士宽等受到网粒体独特结构的启发，采用双层胶体晶体模板作为模具，电沉积制备了人造银网粒体结构，展现出优异的宽谱表面增强拉曼散射（SERS）检测和抗反射性能（Nat. Commun., 2017, 8, 1285）。为了获得更加复杂的微纳结构阵列，必须开发胶体晶体模板的新功能。金属有机框架（MOF）是一类具有尺度可调纳米孔道的新型材料，其在气体和离子选择性分离领域的应用研究正如火如荼。细胞膜的表面有各种离子通道，能够筛选特定的离子进入细胞，并紧接着参与生命活动。如果能够将MOF筛选的离子即时地还原，或许能够开发出MOF模板的新功能，用于制备复杂的金属微纳结构阵列。

经过十多年的发展，现在通过简单的化学方法既能合成尺度均匀的多面体MOF颗粒。最近，浙江大学杨士宽与Kenji Mochizuki研究员团队合作发展了气/液界面自组装方式，成功制备了大面积、结构均一的UiO-66八面体颗粒单层膜。在将该单层膜转移到电极表面进行银的电沉积时发现：银仅会在UiO-66八面体微米颗粒的底部生长（即诱导生长），而不是通常期望的围绕UiO-66颗粒生长。这种新的诱导生长模式能够制备出与UiO-66单层膜/电极界面完全一致的纳米三角片阵列结构，所制备的银纳米三角片阵列展现出优异的SERS增强性能。分子动力学模拟揭示在高浓度硝酸银电解液中，银离子会选择进入UiO-66八面体颗粒内部，抵达电极表面后被还原成银原子，实现在UiO-66八面体颗粒的底部生长。该诱导生长模式具有很强的普适性，适用于多种MOF颗粒膜和多种金属的电沉积，为复杂金属微纳结构阵列的模板法构建提供了全新的思路，有望推动金属微纳结构阵列在光学超材料等领域中的应用进程。