Science在线发表岳远征教授和合作者揭示MOF玻璃结构的重要发现

发布时间:2020-03-29作者:李海明出处:材料科学与工程学院供稿审核人:沈建兴责任编辑:娄 峰浏览次数:87

近日,齐鲁工业大学材料科学与工程学院特聘教授岳远征院士与美国加州大学(戴维斯)Sabyasachi Sen教授团队以及美国强磁场实验室Zhehong Gan博士团队合作,利用世界最高磁场强度35.2 特斯拉(T)的67Zn核磁共振,揭示了金属有机骨架(MOF)玻璃结构的短程无序。该发现以“Ultrahigh-field 67ZnNMR reveals short-range disorder in zeolitic imidazolate framework glasses”为题在Science在线发表。岳远征教授和Sabyasachi Sen教授为通讯作者,这是我校首次以通讯作者单位在Science在线发表论文。



 

玻璃一般定义为长程无序、短程有序的具有玻璃转变的固体。根据化学组成,玻璃分为无机、有机和金属三大家族。在2015年,科学家发现了一个新的玻璃家族-金属有机骨架(MOF)玻璃。与三大传统玻璃不同的是,MOF玻璃以有机无机化学组成和配位键为特征。作为MOF玻璃主要发明人之一,岳远征教授自己做实验首次发现MOF的多非晶相转变和玻璃转变现象。

  

目前,可以形成玻璃的MOF主要来自它的一个分支:沸石咪唑酯骨架(ZIF)晶体。迄今,ZIF玻璃的奇妙特性被逐渐发掘,例如超高的玻璃形成能力以及化学组成可控性强等;此外,ZIF玻璃在气体吸附存储、气体分离、质子传导、超宽中红外发光、电池材料等领域均表现出优异的性能和巨大的应用潜力。


最近,岳远征团队和他的合作团队,应用世界上最高磁场强度35.2 T的固态魔角67Zn 核磁设备首次获得ZIF晶体和玻璃的精确核磁谱,直接探测到ZIF玻璃具有很高的短程无序度,证实了岳远征教授的预测,并揭示了ZIF玻璃的形成和短程结构无序的关联,阐明了MOF玻璃形成的机理,为理解玻璃本质提供了新的视角。同时,也对探究MOF玻璃的特殊性能起源提供了新的视角,对设计新型功能MOF玻璃具有重要的指导意义。

  

 

 

图A.ZIF玻璃形成的结构演变示意图。ZIF晶体中有两种具有不同对称度的Zn(配体)4四面体结构单元,玻璃中四面体结构单元具有更宽的对称度分布;

图B、C.ZIF晶体和玻璃的67Zn NMR图谱对比。相对于ZIF晶体,ZIF玻璃NMR峰的宽化和偏移表明了ZIF玻璃的短程结构是高度无序的。

 

 

    论文链接:https://science.sciencemag.org/content/367/6485/1473/tab-pdf


自岳远征院士在齐鲁工业大学组建玻璃研究团队以来,已在国际重要学术期刊发表80余篇高水平论文,近三年,尤其科教融合以来,带领该研究团队发表了多篇具有重要原创性的论文,极大的带动了我校材料学科基础研究的发展,提升了学科知名度。


团队主要代表性成果如下:

  1. R.S. K. Madsen†, A. Qiao†, J. Sen, I. Hung, K. Chen, Z. Gan, S. Sen*, Y. Z. Yue*,Ultrahigh-Field 67Zn NMR reveals short-range disorder in zeoliticimidazolate framework glasses. Science 2020, 367: 1473-1476

    论文链接:https://science.sciencemag.org/content/367/6485/1473/tab-pdf

  2. M.Stepniewska, K. Januchta, C. Zhou, A. Qiao, M. M. Smedskjaer, Y. Z. Yue*,Observation of indentation induced shear bands in a metal-organic frameworkglass. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 2020 (in press).

  3. Q.J. Zheng†, Y. F. Zhang†, M. Montazerian†, O. Gulbiten, J. C. Mauro, E. D.Zanotto, Y. Z. Yue*, Understanding glass through differential scanning calorimetry.Chem.Rev. 2019, 119: 7848-7939.

    论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.8b00510

  4. Y.F. Zhang*, P. Wang, G. Li, J. Fan, C. Gao, Z. Wang, Y. Z. Yue*, Clarifying thecharging induced nucleation in glass anode of Li-ion batteries and its enhancedperformances. Nano Energy 2019, 57: 592-599.

    论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518310012

  5. C.W. Gao, P. Wang, Z. Wang, S. K. Kær, Y. F. Zhang*, Y. Z. Yue*, Thedisordering-enhanced performances of the Al-MOF/graphene composite anodes forlithium ion batteries. Nano Energy 2019, 65: 104032.

    论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519307396

  6. Y.F. Zhang, P. Wang, T. Zheng, D. Li, G. Li, Y. Z. Yue*, Enhancing Li-ion batteryanode performances via disorder/order engineering. Nano Energy 2018, 49:596-602.

    论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518303331



岳远征,欧洲科学院院士、丹麦奥尔堡大学化学系教授、武汉理工大学和齐鲁工业大学特聘教授。1982年在山东轻工业学院(现齐鲁工业大学)获材料科学学士学位。1985年在西北轻工业学院(现陕西科技大学)获玻璃科学方向的硕士学位。1985到1988年在山东轻工业学院(现齐鲁工业大学)材料学院任教。1989年到德国柏林工业大学深造,1994年获该校材料科学博士学位,之后在德国玻璃学术和工业界从事研究与技术开发。1998受聘丹麦奥尔堡大学,2003年创立奥尔堡大学非晶材料研究中心。2008年受聘齐鲁工业大学“泰山学者”特聘教授,创建先进玻璃材料实验室。三十多年来在玻璃和材料科学领域取得一系列重大科学发现和工业技术突破。作为第一作者或通讯作者在Nature、Science、Chem Rev、Sci Adv、PNAS、PRL、JACS、Nat Comm、Adv Mater等SCI期刊上发表300多篇论文。曾担任20余项丹麦和欧盟科研项目的首席科学家。组织和共同组织过10多次国际学术会议。做过110多次国际会议特邀报告。任国际玻璃协会(ICG)理事和ICG玻璃纤维技术委员会主席。2014年被丹麦女王授予国旗骑士勋章。 任《Eur. J. Glass Sci. Techn.》副主编、《J.Non-Cryst. Solids》编委和《Front. Mater.》玻璃科学副主编。