北科院分析测试所先进材料及原位表征实验室在石墨炔金属有机框架

　　北京市科学技术研究院分析测试研究所先进材料及原位表征实验室主要围绕材料的设计、调控合成以及规模制备，以原位表征如原位电镜、原位红外和原位拉曼等分析手段，对材料的成核生长以及性能评价开展系统性基础研究和应用探索。目前，实验室主要研究领域为：单原子纳米催化剂的调控合成及其催化性能；金属有机框架材料（MOFs）及其衍生物的成核生长机制及其性能研究；新型碳材料的调控合成及其性能研究。近日，先进材料及原位表征实验室刘向文博士及其团队在单原子石墨炔、MOFsAuMXenes、双金属NiRh纳米颗粒的原位气相催化等研究领域取得了系列进展，相关工作以通讯作者、共同第一作者等在国际知名期刊NanoResearch（https：doi。org10。1007s1227402248233）、AdvancedScience（https：doi。org10。1002advs。202105599）、BiosensorsandBioelectronics：X（https：doi。org10。1016j。biosx。2022。100204）发表。
　　图1石墨炔载体上从金属单原子到双原子理性设计工作流程图
　　石墨炔作为新一代的碳材料，由于其表面具有丰富的缺陷位点，具有天然的稳定催化中心的优势，结合当前催化领域中单原子催化的研究热点，刘向文博士及其合作者们通过理论计算模拟，对比了不同金属种类的单原子在石墨炔载体上的催化活性，进一步发掘出双原子金属位点的催化特性，这一研究发现为将来石墨炔在催化领域的应用提供了重要的理论支撑和依据。
　　图2UiO66NH2光响应探针生物分子传感体系
　　结合分析测试研究所在分析检测领域的科研优势，刘向文团队利用金属有机框架材料（MOFs）的化学可调谐性，在其表面进行修饰，制备出UiO66NH2光响应探针，并利用Au纳米颗粒与Mxenes组成的基底复合材料，成功构建生物分子传感体系并实现了对肿瘤细胞中蛋白激酶的高灵敏度的特异性识别。该方法具备MXenne的还原性以及金纳米颗粒的导电性和生物相容性等多功能的特点，不仅为高效、简捷的检测蛋白激酶活性提供了可行的光电检测策略，为更广泛的生物活体原位电化学研究提供了理论基础和技术支持。
　　图3原位电镜观察NiRh纳米颗粒在CO催化氧化过程中的结构变化
　　理解催化剂材料在催化反应过程中的构效关系对于设计和开发高效的新型催化剂材料具有重要意义。刘向文博士与其合作者利用双金属NiRh异质纳米颗粒进行CO催化氧化实验，并通过气相原位电镜实时观测双金属NiRh异质结构在CO催化氧化过程中的微观结构变化，并对应实时的催化性能，从而真正意义上实现了对催化剂在实际催化反应过程中的构效关系的理解。这一研究结果揭开了长久以来困扰科研工作者催化过程中黑匣子问题，为以后的相关研究提供了重要的理论依据以及可借鉴的技术。
　　刘向文团队的科研工作得到了北科院以及分析测试研究所的大力支持，相关研究的财政资金支持来源于国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北科青年学者、改革与发展专项、北科萌芽计划。
　　（刘向文文摄）
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