Continuous Metal–Organic Framework Biomineralization on Cellulose Nanocrystals: Extrusion of Functional Composite Filaments

生物矿化 挤压 复合数 纳米晶 纤维素 成核 生物分子 材料科学 金属有机骨架 化学工程 多孔性 纳米技术 化学 复合材料 吸附 有机化学 工程类
作者
Joseph J. Richardson,Blaise L. Tardy,Junling Guo,Kang Liang,Orlando J. Rojas,Hirotaka Ejima
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:7 (6): 6287-6294 被引量:56
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.8b06713
摘要

Growing metal–organic frameworks (MOFs) around biomolecules has recently emerged as a promising method to combine natural and synthetic materials. In parallel, cellulose nanocrystals (CNCs) have found use for forming a wide range of renewable nano- and macroscopic materials because of their bio-derived nature, high surface area, and high strength. Herein, we demonstrate the continuous nucleation of MOFs from the surface of CNCs, thereby forming hybrid hydrogels, aerogels, and porous assemblies that can be pre- or postloaded with functional cargo. With simple mixing of CNCs with MOF precursors, the biomineralization is initiated and takes place continuously where the MOFs simultaneously coat and cross-link the CNCs across a wide range of CNC and MOF precursor concentrations. Additionally, CNCs can be extruded into the premixed MOF precursors to yield CNC–MOF filaments that can be preloaded with functional enzymes or postloaded with small fluorophores. Overall, our approach enables the rapid structural control of functional composites promising for a range of applications.

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