金属-有机框架结构材料(Metal–organic frameworks, MOF)较小的孔径限制了该类材料在很多领域的应用。因此，制备具有多级孔道的MOF材料逐渐引起大家的关注。近日，斯德哥尔摩大学的邹晓冬教授与陕西师范大学的郑浩铨副教授设计了一种具有多级孔结构的MOF材料用于染料及蛋白质的固定，固定的荧光染料荧光寿命能够大幅度得到提高。
MOF具有大比表面积、可调节的孔径和易官能化等特点，在气体的吸附分离、能源存储、催化反应和药物释放等领域具有广阔的应用前景。但大多数MOF材料孔径小于2纳米，而很多已报道的在很多领域具有广泛应用的MOF的孔径甚至小于1纳米。较小的孔径不仅降低了传质效率，也限制了其在很多分子尺寸比较大的分子中的应用。近年来，人们认为在MOF中构建分级孔是一种比较有效的提高传质效率的途径，分级孔道的构筑也为MOF在无机或者生物大分子中的应用提供了可能性。目前有多种方法构筑多级孔道，比如硬模板、软模板、纳米单元构筑、有机配体的设计等方法，但这些方法存在制备过程较为复杂、孔隙率不理想等制约因素。前期工作中，斯德哥尔摩大学的邹晓冬教授团队开发了一种基于配位聚合物模板的多级孔MOF的制备方法(J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 962)，并同时申请了PCT专利(Patent: PCT/SE2016/051092)，但其中涉及的pH调节非常敏感、不易控制，造成在大规模生产中的困难。
最近，该团队开发了一种简单、快速的一步法制备多级孔MOF材料，使用有机碱三乙胺替代无机碱，通过改变系统的配比、反应时间、染料的浓度等各个反应参数，对材料的各种性能进行了系统的研究。他们发现，当使用有机碱三乙胺替代无机碱时，虽然会出现ZnO“米粒”状纳米颗粒的中间相，但在加入染料及配体二甲基咪唑之后，仍可形成均匀的介孔结构。这些结构可以通过调节染料的含量、碱的用量等因素进行改变。所得到的多级孔结构MOF具有介孔微孔、大BET比表面 (>1300–2500 m2/g)和大孔容 (>0.5–1.0 cm3/g)。这种方法可以得到数克级的产品，有望实现大规模生产。
该材料能以一步法负载包括染料、蛋白质在内的多种分子。作者还进一步研究了有机染料罗丹明B的荧光寿命，发现相比于罗丹明B分子，负载在多级孔道中的罗丹明B荧光寿命得到很大的提升。当合成体系中加入大量三乙胺时，荧光寿命提高了27倍。这种荧光寿命的提升也同样在其他染料分子中得以发现。该材料制备方法简单，染料荧光寿命得到提升，有望广泛应用于生物传感器、生物成像及荧光寿命成像电镜等需要延长荧光寿命的领域。这类改进的多级孔MOF也有望进一步实现大规模的工业化生产。
这一成果近期发表在Inorganic Chemistry 上，文章的第一作者是斯德哥尔摩大学的博士研究生Hani Nasser Abdelhamid，通讯作者是瑞典斯德哥尔摩大学的邹晓冬教授和陕西师范大学的郑浩铨副教授。
