CryoFIB結合iDPC技術實現COF@MOF兩相界面處精細結構的表征

　　金屬有機骨架(MOF)材料和共價有機骨架材料（COF）因其靈活的可設計性及結構的多樣性，受到研究者們的高度關注。以MOF晶體為核，COF為殼，通過核-殼結構的設計合成，有望顯著提升復合材料的結構/水穩定性，界面相容性、吸/脫附動力學等性能。

　　然而MOF材料的在電子束作用下極易坍塌失去晶體結構，同時MOF和COF的結構中都包含大量的輕質元素，傳統的成像方式難以提供具有完整結構信息的高信噪比圖像。雖然透射電子顯微技術是表征界面結構的最重要手段，MOF和COF的界面結構圖像依然難以獲得。主要的原因包含兩個方面：如何低損傷地制備足夠薄（<100nm）的界面處試樣薄片；如何針對COF@MOF界面結構進行超低電子劑量的高分辨率成像。

　　重慶大學張大梁教授課題組及其合作者通過冷凍聚焦離子束技術(Cryo-FIB)與超低劑量透射電鏡電子顯微技術結合，對COF@MOF兩相界面進行了實空間觀測。

　　張大梁教授說：“Cryo-FIB技術不僅可以根據顆粒形狀來旋轉樣品以實現特定晶體學方向的納米薄片的加工，還可以利用低溫條件在納米薄片加工過程中最大限度地保護MOF和COF的晶體結構。積分差分相位襯度iDPC-STEM成像，可以借助多分區探頭采集數據和算法計算實現輕重元素的同時成像，并增強對電子束敏感材料的成像質量。將這兩種技術相結合，可以實現對COF@MOF兩相界面處精細結構的拍攝和分析。”

張大梁教授與Thermo Scientific? Spectra 300球差校正透射電鏡合影

　　他們首先利用搭載冷凍樣品臺的Thermo Scientific? Helios 5聚焦離子束雙束電鏡(Cryo-FIB) 制備了int-MOF 晶體樣品，然后使用Thermo Scientific? Spectra 300 球差校正透射電子顯微鏡上的低劑量iDPC-STEM成功地揭示COF@MOF兩相界面處精細結構。在這一工作中，Cryo-FIB加工后的int-MOF 晶體結構得到了很好保持，在高分辨率iDPC-STEM圖像中可以直接得到int-MOF-5晶體和NTU-COF殼層之間的邊界以及int-MOF-5晶體的結構信息。沿著int-MOF-5/NTU-COF界面，拍攝超低劑量高分辨率iDPC-STEM圖像并進一步處理得到信噪比增強的平均圖像，從中能夠觀察到NTU-COF與int-MOF-5之間的特殊“插座”式連接結構。