近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王俊峰课题组在矿化蛋白调控晶体界面研究机制基础上，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），成功开发了多层级生物型金属-有机框架（Bio-MOFs）材料，大幅提升MOF材料在电磁波高效吸收方面的效率。相关成果发表在国际期刊Small上。
吸波材料是指具备吸收和抑制电磁波传播、减少或消除反射的电磁波能量的材料。高性能的电磁波吸收材料在通信、医疗、军工等多个领域具有广泛的应用前景。金属-有机框架（MOFs）由于其可调结构、高孔隙率和大比表面积而被认为是优秀的电磁波吸收材料前体之一。通常，MOF衍生的吸波材料具备卓越的电导率、优异的磁性、足够的缺陷位和界面结构，从而在阻抗匹配和微波损耗方面表现出独特的优势。然而，要实现对广泛频率范围内的电磁波的高效吸收，必须在保持轻便和灵活性的同时解决多个问题。为了有效克服这些困难，需要采用一种新颖的策略，既能够弥补MOFs的不足，又能够充分发挥其独特性能。
在本研究中，基于研究团队之前的仿生矿化合成研究成果（ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(51): 56701-56711； PNAS，2022，Vol. 119 No. 45； Chemical Engineering Journal 454 (2023) 140440；ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 10254-10263），研究团队以生物矿化BSA蛋白模板为基础，成功调控了铁基MOF材料（Mil-100）的晶体结构，最终制备了一种独特的生物型MOF材料（BSA@Mil-100），该材料具有多层次、纳米到微米级的高效自组装结构。与传统的Mil-100相比，BSA@Mil-100展现出显著改善的微波吸收性能。研究结果表明，在8.85 GHz频率下，BSA@Mil-100实现了-58 dB的显著增强微波吸收性能，并具备6.79 GHz的带宽。BSA作为模板封装在Mil-100中，通过改善阻抗匹配、磁性损耗和介电损耗等方面，显著提升了微波吸收性能。
此外，本研究还揭示了矿化蛋白BSA在调控MOF晶体形成中的作用，研究团队合成了以明胶和糖为模板的Mil-100样品作为对照。研究结果表明BSA矿化蛋白通过特异性识别金属离子形成特殊矿化位点，是合成MOFs的理想模板，通过原位包袱可以精确调控MOF的微观结构，确保单颗粒的均一性以及高效的自组装。
上述工作为开发高性能的新型Bio-MOF材料提供了重要思路。
强磁场中心博士后Sajid ur Rehman、健康所博士后许帅、强磁场中心博士研究生李泽华为该论文的共同第一作者，强磁场中心王俊峰研究员和马坤副研究员为共同通讯作者。该项研究获得国家自然科学基金、科技部重大专项、中国科学院ANSO基金，中国科学院合肥物质科学研究院院长基金以及SHMFF的支持。
论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202306466
图注. 通过对Bio-MOF材料的雷达截面（RCS）吸收性能的模拟分析，解释了蛋白质原位包覆后如何影响MOF材料电磁性能的机制。