金屬有機框架（MOF）是一種由金屬離子或金屬氧簇通過(guò)強的配位鍵連接有機配體自主裝成的多孔框架化合物。因其靈活的可設計性、豐富的多樣性、多孔性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應用于氣體分離與存儲、催化、生物傳感等眾多領(lǐng)域。基于網(wǎng)狀化學(xué)發(fā)展的MOF框架中分子構筑單元幾何結構和鍵合方向性的設計原則，成千上萬(wàn)的MOF被設計合成。但含金屬的次級結構單元（SBU）如何形成，如何通過(guò)連接有機配體自組裝到晶體框架上實(shí)現晶體成核和生長(cháng)的過(guò)程仍不清楚。采用無(wú)損的技術(shù)原位監測MOF晶體生長(cháng)過(guò)程被認為是回答上述問(wèn)題的有效途徑。 

　　中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所周小春研究員團隊在光學(xué)顯微鏡原位成像方面已積累多年研究經(jīng)驗，并取得系列進(jìn)展，包括全內反射熒光顯微鏡成像（Journal of the American Chemical Society, 2010, 132, 138-146，Nature Nanotechnology, 2012, 7, 237-241，ACS Catalysis, 2013, 3, 1448-1453，Nanoscale, 2015, 7, 20132-20141，Nature Chemistry, 2018, 10, 607–614）和暗場(chǎng)顯微鏡成像等（ACS Catalysis, 2017, 7, 3607-3614，Journal of the American Chemical Society, 2017, 139, 14277-14284，Small, 2021, 17(14), 2007302）。   

　　近期，中科院蘇州納米所周小春研究員團隊與武漢大學(xué)鄧鶴翔教授團隊合作首次報道基于原位暗場(chǎng)顯微鏡平臺結合超分辨技術(shù)研究MOF單晶生長(cháng)的決定因素。研究團隊成員首次采用實(shí)驗室自主搭建的暗場(chǎng)顯微鏡平臺原位觀(guān)察五種典型的不同維度MOF晶體從小到大的生長(cháng)過(guò)程（圖1）。通過(guò)超分辨技術(shù)（super-resolution, super-line）追蹤晶體邊界延伸過(guò)程，獲得顯微鏡視野下每顆晶體的生長(cháng)曲線(xiàn)（圖2）。通過(guò)自制的流動(dòng)池（Flow cell）調控晶體生長(cháng)條件如反應物濃度和生長(cháng)溫度首次獲得MOF晶體生長(cháng)時(shí)金屬離子與有機配體的反應級數和活化能等動(dòng)力學(xué)信息（圖3）。不同的MOF體系具有不同的反應級數，并與對應MOF的分子式不一致，意味著(zhù)反應物在形成生長(cháng)單元的過(guò)程中是一個(gè)多步驟的反應。隨后作者基于統計獲得的反應級數準確值探究晶體生長(cháng)可能的機理，提出MOF-2體系中次級單元組裝和碎片化的生長(cháng)機制。此外通過(guò)交替改變生長(cháng)溶液和溶劑對所獲晶體生長(cháng)曲線(xiàn)分析，還首次發(fā)現了晶體生長(cháng)存在可逆的過(guò)渡層，并且過(guò)渡層的厚度僅與晶體生長(cháng)尺寸有關(guān)。 

　　圖1 暗場(chǎng)顯微鏡裝置與光路示意圖 

　　圖2 暗場(chǎng)顯微鏡平臺結合超分辨技術(shù)精確追蹤MOF界面延伸過(guò)程 

　　圖3 不同MOF的結構、形貌和生長(cháng)動(dòng)力學(xué)信息 

　　相關(guān)工作以Determining factors in the growth of MOF single crystals unveiled by in situ interface imaging為題發(fā)表在國際知名雜志Chem上。論文第一作者為武漢大學(xué)與中科院蘇州納米所聯(lián)合培養博士生韓金利，共同通訊作者為中科院蘇州納米所周小春研究員和武漢大學(xué)鄧鶴翔教授。該論文工作獲得了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。  

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