二維金屬有機(jī)框架（metal-organic framework，MOF）薄膜是金屬離子與有機(jī)配體之間通過配位鍵形成的多孔晶體材料。由于其具有高的比表面積、穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和可調(diào)的物理化學(xué)性質(zhì)，在催化、能源、氣體分離、生物醫(yī)藥、化學(xué)傳感等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，制備高質(zhì)量大面積二維MOF薄膜仍存在挑戰(zhàn)。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室研究員陳建毅、劉云圻利用配位化學(xué)反應(yīng)，制備出高質(zhì)量二維有機(jī)框架材料薄膜。在前期的工作中（Mater. Chem. Front. 2020, 4, 243），研究人員以六羥基苯并菲（exahydroxytriphenylene，HHTP）為分子構(gòu)筑基元，利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過固-固反應(yīng)，在銅箔表面上生長(zhǎng)了Cu3(HHTP)2 MOF薄膜。

近日，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種電荷誘導(dǎo)機(jī)制，并利用電化學(xué)法在單晶銅表面上制備了大面積均勻的Cu₃(HHTP)₂、Cu₃(BTPA)₂、Cu₂(MTCP)和Cu₃(TBTC)₂ MOF薄膜。該方法通過施加外電壓使配體離子向陽極遷移并與解離出的Cu2+發(fā)生配位反應(yīng)。經(jīng)過低電壓誘導(dǎo)成核及外延生長(zhǎng)后，高質(zhì)量的MOF薄膜可以直接沉積到銅陽極表面上。在此基礎(chǔ)上，研究利用聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)了MOF薄膜從銅箔表面向任意襯底轉(zhuǎn)移。該薄膜具有高的晶體質(zhì)量，電導(dǎo)可以達(dá)到0.087 S cm-1，相比于文獻(xiàn)報(bào)道提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。

博士生劉友星為論文第一作者，陳建毅、劉云圻為論文通訊作者。相關(guān)成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition（2021, 60(6), 2887-2891）上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）“功能導(dǎo)向的原子制造前沿科學(xué)問題”的支持。

電化學(xué)制備大面積二維Cu₃(HHTP)₂ MOF薄膜