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Science在线发表岳远征教授团队和国际合作者揭示MOF玻璃结构的重要发现

发布:2020-03-28 19:33 来源:硅酸盐材料工程研究中心 字体:
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  近日,我校硅酸盐建筑材料国家重点实验室特聘教授岳远征院士团队与美国加州电竞投注(戴维斯)Sabyasachi Sen教授团队、美国强磁场实验室Zhehong Gan博士团队协作,在《Science》在线发表题为“Ultrahigh-field 67Zn NMR reveals short-range disorder in zeolitic imidazolate framework glasses”的研究。该研究利用世界最高磁场强度35.2 特斯拉(T)的67Zn核磁共振技术,揭示了金属有机骨架(MOF)玻璃结构的短程无序特性。岳远征教授和Sabyasachi Sen教授为论文通讯作者。

  传统材料科学认为,玻璃可以被分为无机、有机和金属三大玻璃家族,构成其结构的主要化学键型分别是离子共价混合键、共价键和金属键。金属有机骨架(MOF)玻璃是近年来发明的一种全新结构的有机无机配位玻璃,被誉为第四类玻璃,在气体吸附存储、气体分离、质子传导、超宽中红外发光、新型电池等领域表现出优异的性能和巨大的应用潜力。

  岳远征院士团队是首批发明MOF玻璃的国际团队之一,首次观察到了MOF玻璃的液态-玻璃转变和多非晶相转变现象,为探索该材料的玻璃态特性发挥了重要作用。

  岳远征院士团队和国际团队合作,制备了代表性MOF玻璃,应用世界上最高磁场强度35.2 T的固态魔角67Zn核磁技术,首次获得MOF材料的精确核磁谱,直接探测到了MOF玻璃结构的短程无序特性,揭示了MOF玻璃形成过程和短程无序特性的科学联系。

  该工作首次证实了MOF玻璃结构的短程无序特性,揭示了MOF玻璃形成的微观机理,颠覆了传统科学认为玻璃结构短程有序、长程无序的固有概念,为理解玻璃本质提供了新的视角。同时,对探究MOF玻璃的特殊性能的起源提供了新途径,对设计新型功能MOF玻璃具有重要指导意义。

  论文链接:

  图a. ZIF玻璃形成的结构演变示意图。ZIF晶体中有两种具有不同对称度的Zn(配体)4四面体结构单元,玻璃中四面体结构单元具有更宽的对称度分布;

  图b. ZIF晶体和玻璃的35.2 T MAS 67Zn NMR图谱对比。相对于ZIF晶体,ZIF玻璃NMR谱宽化和偏移表明ZIF玻璃的短程结构高度无序。

  
  岳远征团队近年来在MOF玻璃领域的代表性成果:
  (1)R. S. K. Madsen†, A. Qiao†, J. Sen, I. Hung, K. Chen, Z. Gan, S. Sen*, Y. Z. Yue*, Ultrahigh-Field 67Zn NMR reveals short-range disorder in zeolitic imidazolate framework glasses. Science 2020, DOI:10.1126/science.aaz0251. (共同第一作者)
  论文链接:

  (2)M. Stepniewska, K. Januchta, C. Zhou, A. Qiao, M. M. Smedskjaer, Y. Z. Yue*, Observation of indentation induced shear bands in a metal-organic framework glass. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 2020, (in press).

  (3)J. Y. Zhang, L. Longley, H. Liu, C. W. Ashling, P. A. Chater, K. A. Beyer, K. W. Chapman, H. Tao, D. A. Keen, T. D. Bennett, Y. Z. Yue*, Structural evolution in a melt-quenched zeolitic imidazolate framework glass during heat-treatment. Chem. Commun. 2019, 55: 2521-2524.
  论文链接:
 
  (4)H. Z. Tao, T. D. Bennett, Y. Z. Yue*, Melt-quenched hybrid glasses from metal–organic frameworks. Adv. Mater. 2017, 29: 1601705.
  论文链接:

  (5)A. Qiao, T.D. Bennett, H.Z. Tao, A. Krajnc, G. Mali, C. M.Doherty, A. W. Thornton, J. C. Mauro, G. N. Greaves, Y. Z. Yue*, A metal-organic framework with ultrahigh glass-forming ability. Sci. Adv. 2018, 4: eaao6827.
  论文链接:

  (6)T. D. Bennett*, Y. Z. Yue, P. Li, A. Qiao, H. Z. Tao, N. G. Greaves, T. Richards, G. I. Lampronti, S. T. Redfern, F. Blanc, O. K. Farha, J. T. Hupp, A. K. Cheetham, D. A. Keen, Melt-quenched glasses of metal-organic frameworks. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138: 3484-3492. 
  论文链接:

  (7)T. D. Bennett†, J.-C. Tan†, Y. Z. Yue†, E. Baxter, C. Ducati, N. J. Terrill, H. -M. Yeung, Z. F. Zhou, W. L. Chen, S. Henke, A. K. Cheetham, G. N. Greaves*, Hybrid glasses from strong and fragile metal-organic framework liquids. Nat. Commun., 2015, 6: 8079. 
  论文链接:

  通讯员:张明 审稿人:陈伟

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