多孔材料在自然界中无处不在，包括无机和有机多孔结构，如蜂窝、海绵、多孔陶瓷、木材等。这些材料在气体分离、微电子等领域具有重要的应用前景。在分子水平上，多孔骨架材料可分为有机聚合物网络、共价有机框架（COFs）或金属有机框架（MOFs）。与COF材料相比，MOFs是一类在温和的合成条件下，有机配体与金属离子之间通过配位键连接的多孔晶体材料。然而，由于MOF材料本征较低的导电性甚至是绝缘的，其应用受到一定限制。很多工作都是通过掺杂客体分子来提高MOF材料的导电性。
近年来，人们合成了一系列导电MOF薄膜，并将其应用于传感器、电池电极、超导体等电子活性层。据我们所知，最成熟的二维导电MOFs是利用过渡金属离子和含有–OH、–NH 2 和–SH等官能团的平面共轭芳香配体在方形平面几何中进行配位构建的。二维导电MOF薄膜作为一种新型多孔晶体材料，在电子器件中具有广阔的应用前景。为此，人们开发了几种合成方法来制备2D MOF薄膜。由于2D大骨架材料较差的溶解性，以旋涂法为代表的传统薄膜加工技术效果并不理想。Makiura等人报道了一种自下而上的界面制造方法，随后其他研究小组也开发了一些改良路线。这些包括在气-液或液-液界面上合成2D MOF薄膜，然后通过Langmuir-Schaefer（LS）方法或定制的特氟隆反应器转移到介质衬底上。另外，在介质衬底上直接生长2D导电MOF薄膜在半导体工业中是由前景的，因为在电子器件制作过程中需要绝缘层将晶体管栅极和沟道分开，同时原位生长避免了复杂的后转移过程。迄今为止，人们已经做了很多工作来探索在介质衬底上直接生长MOF薄膜。
成果简介 近日，在 中国科学院化学研究所 陈建毅研究员 和 刘云圻院士 团队 等人 带领下，受毛细管现象的启发，提出了一种在介质衬底上生长2D Cu 2 (TCPP) (TCPP=间四(4-羧基苯基)卟啉)MOF导电薄膜的面对面限域生长方法。利用毛细管力将微量低浓度的Cu 2+ 和TCPP溶液循环泵入微孔界面中。Cu 2+ 会首先锚定到–OH功能化的介电层表面，并与后续泵入的TCPP配体发生配位反应。待水分子被缓慢移除后，Cu 2 (TCPP)则被锚点在介电层表面。该MOF薄膜的晶体结构通过多种表征技术得到证实，包括高分辨率原子力显微镜和低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）。Cu 2 (TCPP) MOF薄膜的电导率为≈0.007 S cm -1 ，比其他羧酸基MOF材料（10 -6 S cm -1 ）高近4个数量级。该策略同样也适用于制备其他晶圆级导电MOF薄膜如M 3 (HHTP) 2 (M=Cu、Co和Ni；HHTP=2,3,6,7,10,11-三亚苯基己醇)，表明该方法具有广泛的应用潜力。该成果以题为 “Face-to-Face Growth of Wafer-Scale 2D Semiconducting MOF Films on Dielectric Substrates” 发表在了 Adv. Mater. 上。本论文第一作者 刘友星 。
