近年來(lái)，研究學(xué)者將導(dǎo)電金屬有機(jī)框架 (MOFs)材料的孔隙率、分子可調(diào)諧性、導(dǎo)電性與軟物質(zhì)的越物理性質(zhì)相結(jié)合，顯著提升了材料的化學(xué)可調(diào)性、高表面積和電荷傳輸性。該研究中，實(shí)現(xiàn)材料元素價(jià)態(tài)及配位結(jié)構(gòu)的解析對(duì)MOFs材料的性能及機(jī)理研究尤為重要。美國(guó)華盛頓大學(xué)Dianne J. Xiao團(tuán)隊(duì)用臺(tái)式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀easyXAFS，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)獲取了媲美同步輻射光源的XAFS譜圖，研究了1D MOF自組裝成π-堆疊材料過(guò)程中的磁性和電子相互作用的演變過(guò)程。

圖1. (a) 2D導(dǎo)電MOFs Cu₃(HHTP)₂的合成與結(jié)構(gòu)。 (b) 截?cái)郈u₃(HHTP)₂成為離散銅基大環(huán)CuTOTP-OR(R=C2、C4、C6、C18)的合成方案。

圖1是共軛的銅基金屬−有機(jī)大環(huán)CuTOTP-OR（TOTPn−=2, 3, 6, 7-四氧基三苯基，R=直鏈C2, C4, C6和C18烷基）的合成路徑。作者將導(dǎo)電的三苯基二維MOFs降維為離散的六角形大環(huán)，通過(guò)大環(huán)間的強(qiáng)π−π堆積相互作用大提升了離面電荷傳輸和壓片電導(dǎo)率。作者用臺(tái)式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀easyXAFS對(duì)近邊區(qū)XANES及擴(kuò)展邊區(qū)EXAFS的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，為單個(gè)MOF層自組裝成的π堆疊材料CuTOTP-OR提供了Cu元素價(jià)態(tài)和Cu原子鄰近配位的指認(rèn)。相關(guān)研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 10, 4515–4521。

圖2. (a) CuTOTP-OR堆疊示意圖。(b-c) CuTOTP-OR, Cu₂O和Cu(acac)₂的XANES光譜和(d)處理得到的階導(dǎo)數(shù)圖像。(e) CuTOTP-OC4和Cu(acac)₂（插圖）的EXAFS擬合結(jié)果。

作者在銅基二維框架Cu₃(HHTP)₂和Cu₃(HITP)₂中觀察到顯著的 Cu(II)/Cu(I)混合價(jià)。為了確定在CuTOTP-OR中是否觀察到類似的混合價(jià)，研究團(tuán)隊(duì)使用easyXAFS公司的實(shí)驗(yàn)室用臺(tái)式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀探測(cè)了Cu K-edge X射線近邊吸收譜（XANES）（圖2b-2c）。Cu(I)化合物的吸收邊（由階導(dǎo)數(shù)光譜的個(gè)峰定義）通常約為8981 eV，Cu(II)化合物約為8985 eV。所有四種CuTOTP-OR材料的XANES光譜幾乎相同，邊緣能量在8985和8986 eV之間（圖2d），表明以Cu(II)形式存在，與XPS的數(shù)據(jù)結(jié)果保持致。從擴(kuò)展邊區(qū)EXAFS擬合獲得的平均Cu-O鍵長(zhǎng)（d_Cu-O = 1.94 Å）與Cu(acac)₂參考化合物同樣非常相似（圖2d-2e），印證了CuTOTP-OR的配位結(jié)構(gòu)。在室溫下對(duì)CuTOTP-OR進(jìn)行兩點(diǎn)電導(dǎo)率測(cè)量。盡管結(jié)構(gòu)被截?cái)?，但CuTOTP-OC2（10^-3 S cm^-1）的顆粒幾乎與Cu₃(HHTP)₂粉末（10^-3-10^-2 S cm^-1）的壓片導(dǎo)電率相同。

圖3. easyXAFS公司的臺(tái)式XAFS/XES譜儀

實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式XAFS譜儀勢(shì)：

1. 臺(tái)式設(shè)計(jì)，可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)隨時(shí)滿足日常樣品分析；

2. Python軟件腳本控制，附帶8位自動(dòng)樣品輪，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品或樣品參數(shù)條件下的測(cè)試；

3. 可集成輔助設(shè)備，搭配原位池，可實(shí)現(xiàn)高壓、氣體氛圍、電化學(xué)等條件下的測(cè)試（已輔助客戶成功驗(yàn)證），實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)原位表征測(cè)試；

4. 臺(tái)式XAFS/XES譜儀具有XAFS和XES兩種工作模式，可快速切換，滿足不同科研試驗(yàn)需求;

5. 臺(tái)式XAFS/XES譜儀測(cè)得的譜圖效果可以媲美同步輻射數(shù)據(jù)，如圖4所示，其測(cè)得的Ni元素的EXAFS，Ce和U元素的L₃-edge的XANES譜圖數(shù)據(jù)與同步輻射光源譜圖效果*致；

圖4. (a-b) 臺(tái)式XAFS/XES譜儀與同步輻射光源測(cè)得的Ni EXAFS及傅里葉變換后R空間對(duì)比譜圖，(c-d) Ce和U L3-edge XANES譜圖數(shù)據(jù)對(duì)比圖

6. 多種型號(hào)和配置可選，滿足不同科研要求；

7. 操作便捷，維護(hù)成本低，安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zasada L B, Guio L, Kamin A A, et al. Conjugated Metal–Organic Macrocycles: Synthesis, Characterization, and Electrical Conductivity[J]. Journal of the American Chemical Society, 2022.

相關(guān)產(chǎn)品：

1、臺(tái)式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀-XAFS/XES

https://www.chem17.com/product/detail/32078159.html