在自然界中，大多数活体组织都是由软硬各向异性的成分共同构建而成。这种“砖块-砂浆”的半刚性三维复合结构既保证了足够的机械强度，又赋予了组织显著的功能自适应性，现已发展成为超材料高性能化和功能化的一种全新策略。以金属有机框架（MOF）为例，这是一种由金属离子与有机配体通过配位键自组装形成的分子内孔隙的有机-无机杂化材料。由于有机配体和金属离子的排列具有明显的方向性，MOFs可以形成形状规则、孔隙均一的框架结构，从而表现出卓越的选择性、相溶性与可修饰性。然而，MOF的刚性结构一旦形成就难以发生改变，即使引入一些功能化的“半刚性”桥连配体也无法从真正意义上实现孔径和选择性的调节，缺乏足够的灵活性。
图1. 热诱导的MOPF孔径变化示意图
近日，华南师大先进信息材料课题组王耀教授和李皓副教授团队首次通过多重配位和偶极相互作用将具有高临界溶解温度(UCST)的非离子型聚(丙烯酰胺-共-丙烯腈)(P(AAm-co-AN))引入传统的MOF结构中，采用一锅法构建了一种活性的“半刚性”金属有机聚合物框架（MOPF）材料。结果表明，所得的MOPFs三维结构是由刚性规则的MOF纳米棒“砖块”和柔性无序的连接剂P(AAm-co-AN)链 "砂浆 "组成的。在热诱导下，作为柔性聚合物连接剂的P(AAm-co-AN) 链间发生了可逆的氢键转换，由此带来了MOPF内部孔径的明显变化。
图2. MOPF孔径的热调节性
在从30℃到50℃的加热过程中，这些介孔的MOPFs颗粒平均孔径明显增加了19.28%，CO2吸附能力增加了1.5倍，在负载聚集诱导发光材料后荧光强度反而增加了89.6%，表现出热调节的气体吸附与内部限域特性。它为可控物质负载提供了一种新颖、便捷的物理化学操作策略，在气体吸附/脱附、发光控制和选择性筛分方面有着巨大的应用潜力。
图3. MOPFs在不同温度下的CO2吸附等温线和TPE荧光强度
相关研究成果以“Thermo-regulating Mesoporous Semi-rigid Metal-organic-polymer Frameworks for Controllable Adsorption and Confinement”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》上，并被选为当期的内封底和亮点论文。其中，硕士研究生李万江和董姣为本论文的共同第一作者，华南师范大学先进信息材料课题组李皓副教授和王耀教授为通讯作者，华南师范大学为第一完成单位。
华南师大王耀教授领导的先进信息材料（AIM）课题组在光、电、气体和温度等响应型功能信息和智能传感材料研究方面取得了一系列重要突破，近三年已在《Advanced Functional Materials》、《ACS Nano》、《Advanced Science》、《Small》、《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《ACS Sensors》等国际期刊上发表30多篇原创性学术论文，提升了华南师范大学在功能信息和智能传感材料领域的学术影响力。
该工作得到了国家自然科学基金、广州市科技计划、广东省教育厅创新团队项目、广东省光信息材料与技术重点实验室、广东省外专项目、华南师范大学科研启动项目以及“111计划”等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D3TA00401E
图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/