通訊作者：Daniel Maspoch，Inhar Imaz金屬有機框架材料（MOFs），經過短短二十年的發展，已經成為大家耳熟能詳的熱點材料。其在氣體儲存分離，吸附，能源催化以及生物醫學工程等領域均有廣泛的應用并且被大量報道。然而，對于MOFs膠體性質的研究及拓展鮮有報道。事實上，不同于其他的多孔材料，MOFs還具有對稱幾何多面體的晶體性質以及尺寸可控性等。單分散的MOFs在溶液里可形成膠體，從而可將其進一步組裝成具有多孔特征的光子晶體。2017年，西班牙巴塞羅那加泰羅尼亞納米科技研究中心（ICN2）的Daniel Maspoch教授課題組在Nature chemistry雜志報道了首例由多截角菱形十二面體MOF顆粒自組裝形成具有毫米尺度的超結構，并從理論和實驗證實了該超結構具有光子晶體特性（圖1）。一時被譽為“網紅爆款”。圖1. ZIF-8和UiO-66膠體納米顆粒自組裝的超結構。時隔四年，這個課題組最近又在膠體MOF的可控裝配上取得新的進展，并將工作發表在美國化學學會雜志（JACS）期刊上。合成具有復雜結構的納米膠體顆粒以及其精準裝配一直是十分具有挑戰性的工作。迄今為止，雖然有理論驗證了不同構象（四面體或八面體）的膠體粒子的存在，但由于膠體粒子合成的不可控性，復雜構象的膠體粒子的制備仍然鮮有報道。在此項工作中，研究人員通過膠體fusion的策略，利用單分散MOF納米顆粒的多面體性質，精準地將單個聚苯乙烯（PS）微球顆粒粘接在不同MOF多面體顆粒的每個晶面上，從而成功地合成不同配位具有全新構象的膠體簇（圖2）。值得一提的是，由于膠體MOF粒子的幾何特性和高度對稱性，因此使得復雜構象的膠體粒子合成變得更可控。如圖3所示，通過調節UiO-66與PS膠體粒子的比例(從1:40到1:300)，最終可得到大部分立方體構象（1個UiO-66八面體的晶面和8個PS球配位，八配位簡稱：8-c）的膠體簇（61%）以及具有單面缺陷的立方體構象（1個UiO-66八面體的晶面和7個PS球配位：七配位簡稱：7-c）膠體簇(32%)。此外，通過改變不同的MOF種類和形狀，例如采用菱形十二面體和立方體的ZIF-8膠體顆粒，研究人員將PS顆粒精準粘接在其每個面上，又得到了具有八面體構象（六配位）以及立方八面體(cuboctahedron)構象（十二配位）的新型MOF復合膠體簇 （圖4）。圖4. 八面體和立方八面體構象的MOF復合膠體簇。更為有趣的是，通過精確控制塑化劑THF的含量，研究人員可以將單顆MOF膠體顆粒逐漸包裹在PS殼內，形成新型的具有核殼結構的MOF復合膠體粒子，并且進一步將其組裝成超晶格（圖5）。此項工作首次將MOF納米顆粒與膠體fusion結合在一起，精確地制備出了具有復雜構象的膠體納米簇，為潛在的以MOF為基礎的納米反應器，納米馬達以及光子晶體組裝等提供了新的思路。本文的第一作者是西班牙巴塞羅那加泰羅尼亞納米科技研究中心（ICN2）的劉洋博士。Yang Liu, et al. Assembly of Colloidal Clusters Driven by the Polyhedral Shape of Metal–Organic Framework Particles.https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.1c05363
