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論文題為《超快單晶—單晶轉(zhuǎn)變：從金屬有機(jī)框架化合物到二維氫氧化物》（“Ultrafast Single-Crystal-to-Single-Crystal Transformation from MOF to 2D Hydroxide”）。武漢大學(xué)為第一署名單位，付磊、曾夢(mèng)琪為通訊作者，化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士生王文婕、碩士生王耀為共同第一作者。研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中德科學(xué)中心、湖北省科技廳和國(guó)家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃的資助。

在晶體結(jié)晶度沒(méi)有明顯損失情況下發(fā)生的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變被稱為單晶—單晶轉(zhuǎn)變。單晶—單晶轉(zhuǎn)變?cè)诰w工程領(lǐng)域具有重要的研究?jī)r(jià)值，它被廣泛地應(yīng)用于研究材料的構(gòu)效關(guān)系和制備新材料。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)化學(xué)鍵旋轉(zhuǎn)、拉伸等來(lái)抵消晶格應(yīng)變從而保持原有的結(jié)晶度。然而，當(dāng)涉及配位鍵斷裂和母體框架的劇烈變化時(shí)，很難避免結(jié)晶度的損失。因此，截止到目前，結(jié)構(gòu)劇烈變化的單晶—單晶轉(zhuǎn)變還沒(méi)有被報(bào)道。

課題組利用液態(tài)金屬鎵（Ga）和母體晶體之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)了從三維金屬有機(jī)框架化合物到二維層狀雙金屬氫氧化物之間速度超快、結(jié)構(gòu)大幅變化的單晶—單晶轉(zhuǎn)變，整個(gè)過(guò)程僅需10秒。轉(zhuǎn)變后的子體單晶繼承了母體單晶的有序的金屬原子排列，這意味著可以通過(guò)調(diào)控母體單晶中金屬組成來(lái)設(shè)計(jì)合成含有多種金屬元素的氫氧化物。此外通過(guò)單晶—單晶轉(zhuǎn)變制備得到的二維層狀雙金屬氫氧化物同時(shí)具有超薄和高結(jié)晶性的優(yōu)勢(shì)，使其光催化二氧化碳還原的活性得到明顯提升。這種獨(dú)特的單晶轉(zhuǎn)變引發(fā)了對(duì)晶體轉(zhuǎn)變機(jī)制的思考，極大地拓展了單晶—單晶轉(zhuǎn)變領(lǐng)域的研究范圍，同時(shí)也為制備高結(jié)晶性的二維材料提供了新思路。

在此研究工作中，付磊曾夢(mèng)琪團(tuán)隊(duì)與多個(gè)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了合作：上海同步輻射光源文聞研究員基于同步輻射掠入射X射線衍射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了單晶—單晶轉(zhuǎn)變過(guò)程，上海交通大學(xué)劉攀教授和波蘭技術(shù)發(fā)展中心的M. H.Rümmeli教授和A.Bachmatiuk教授提供了樣品精細(xì)結(jié)構(gòu)表征支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202106400