柔性集成的突破：可变形金属有机框架薄膜的创新之路

金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）因其高度可调节的孔隙结构和化学功能性而成为材料科学的热点。然而，MOFs的应用一直受限于其负载与机械顺应性之间的权衡问题。2024年8月8日，浙江大学化学工程与生物工程学院赵俊杰研究员团队在《Science》期刊上发表的研究论文，为这一难题提供了创新的解决方案。

该研究团队建立了一种受聚合物表层限制和控制的界面合成方法，成功在褶皱薄膜中实现了多个图灵图案。这些薄膜不仅具有完整的MOF表面覆盖，而且展现出了高达53.2%的应变耐受性。这种机械性能的增强，使得薄膜可以轻松转移到各种基底上，大大扩展了MOFs的应用范围。

与传统的MOF薄膜合成方法不同，赵俊杰团队采用了一种基于扩散驱动不稳定性的合成方案。这一方案利用了艾伦-图灵理论，通过两种试剂扩散速率的差异诱发不稳定性，从而产生褶皱结构。在合成过程中，聚合物面层为原子层沉积的ZnO表面提供了一个限域空间，控制了MOF共试剂向界面的扩散，实现了MOF的局部活化和长程抑制，最终形成了具有皱纹表面的MOF薄膜。

这种褶皱MOF薄膜的另一个显著优势是其即插即用的集成潜力。通过避免暴露在苛刻的MOF合成条件下，研究团队在精密电极上实现了软湿度传感器。此外，薄膜转移后的缺陷可忽略不计，保持了较高的H2/CO2选择性（41.2）和H2渗透率（8.46×10^3气体渗透单位）。

褶皱MOF薄膜的多功能性源于其独特的结构和性能。除了在气体分离膜中的应用，这些薄膜还可用于软传感器等领域。通过调整试剂浓度和聚合物表层的厚度，可以有效地改变反应扩散条件，实现多种图灵模式，从而定制MOF薄膜的性能以满足特定应用的需求。

通过创新的界面合成方法和对图灵图案的精准控制，研究团队解锁了MOF薄膜的可拉伸性能，赋予了它们即插即用的潜力。这些可变形、可转移、缺陷可忽略不计的MOF薄膜，在氢气和二氧化碳选择性以及氢气渗透性方面展现出卓越的性能，预示着在气体分离膜和软传感器等领域的广泛应用前景。

随着对MOF材料的深入研究和合成技术的不断创新，我们有理由相信，MOF薄膜将以更加多样化和高效化的形式，在未来的能源、环境和医疗等领域发挥更加重要的作用。这项研究不仅为MOF薄膜的柔性集成提供了新的思路，也为材料科学领域带来了新的启示，即通过精确控制材料的微观结构来实现其性能的最大化。