金属有机凝胶（MOGs）因其可调控结构和本征多孔性备受关注，但传统制备依赖复杂的三维金属有机框架（MOF）晶体交联或聚合物辅助过程。金属有机纳米片（MONs）作为二维多孔材料，虽在催化、分离等领域广泛应用，却鲜有研究将其转化为凝胶态。此前仅有文献偶然提及锆基MONs（Zr-BTB）在成膜过程中出现类凝胶行为，如何实现MONs的稳定凝胶化并发挥其二维特性，仍是材料科学的重要挑战。

南京邮电大学Tan Jiangtian与英国谢菲尔德大学Jonathan A. Foster教授合作，通过简单离心法将单层Zr-BTB纳米片（厚度≈1.5 nm）转化为分级多孔凝胶。该凝胶具备快速自修复性、可挤出成型能力，并能冻干为自支撑气凝胶。研究首次实现基于分子尺寸与电荷的“选择性装载-差异释放”：离心法可快速均匀装载带电分子（效率达65-77%），而释放实验证实中性小分子6小时即扩散完毕，大分子需18小时，带电分子则需长达两周。这种“智能捕放”机制为药物递送、环境修复等应用开辟新路径。

凝胶制备与特性解读

研究以溶剂热法合成单层Zr-BTB纳米片（图1a-e），其比表面积达360 m²/g，在水中带正电（zeta电位+30.6 mV）。离心实验意外发现：当纳米片在乙醇中浓度达≈1.5 wt.%时，底部溶剂被固定形成凝胶（图2a）。此现象在丙酮、甲苯乃至水中均复现成功，且凝胶经振荡破坏后可迅速自愈（图2d）。流变学测试证实其固态特性（储能模量G' > 损耗模量G''），但在高剪切力下可液化，便于通过针头挤出“MON”字样（图2g）。冻干后的气凝胶呈现纳米片交错形成的微米级大孔网络（图2f），为分子输运提供分级通道。

图1 a) 锆基金属有机纳米片（Zr-BTB MONs）合成示意图：四氯化锆（ZrCl₄）与1,3,5-苯三苯甲酸（H₃BTB）在甲酸/水/DMF混合溶剂中120°C反应24小时。 b-e) 原子力显微镜（AFM）表征：单层Zr-BTB纳米片厚度≈1.5 nm（对应图b形貌图，c高度图，d截面高度分析，e统计厚度分布）。 

图2 a) 离心法（左）与溶剂蒸发法（右）制备Zr-BTB凝胶流程。 b) 离心法制备的乙醇凝胶/水凝胶/甲苯凝胶的频率扫描流变测试（固定剪切应变0.1%）：储能模量G' > 损耗模量G''，证实凝胶态。 c) 应变扫描流变测试（固定角频率1 rad/s）：高应变(>10%)下G' < G''，凝胶转变成液态。 d) 水凝胶自修复行为验证：应变在0.1%与100%间切换时模量快速恢复。 e) 室温干燥水凝胶的扫描电镜（SEM）图像：纳米片褶皱堆叠。 f) 冷冻干燥水凝胶所得气凝胶的SEM图像（更多图像见附图S11b-f）：纳米片交联形成微米级大孔网络。 g) 亚甲蓝（MnB）染色的水凝胶经注射器挤出成型为"MON"字样。 

离心法革新装载效率

传统浸泡法需72小时才能将染料分子装载入凝胶，而离心法仅需1小时（图3a）。关键在于利用纳米片悬浮态的高比表面积：带电分子（如负电甲基橙MO、正电亚甲蓝MnB）通过静电作用高效吸附（装载率>65%），中性分子则几乎不被捕获（图3b）。水凝胶实验中，离心法使MnB均匀分布（图S30），而浸泡法仅表面着色（图S31），凸显离心法对强相互作用分子的装载优势。

图3 a) 离心法与浸泡法装载五种分子的效率对比（误差棒n=3）：带电分子（MnB, MO, BBG）装载率>65%，中性分子（T-Ane, CBZ）<5%。 b) 离心法选择性装载示意图：带电分子通过静电作用高效吸附于纳米片。 

 “渔网机制”调控差异释放

释放实验生动诠释了分级孔结构的智能筛选功能（图4a）：

· 小分子穿网而过：中性小分子反式茴香脑（T-Ane，0.43 nm）可穿过纳米片自身微孔（0.54 nm），6小时即达释放平衡；

· 大分子绕行受阻：较大中性分子卡马西平（CBZ，0.67 nm）需绕行纳米片曲折路径，释放耗时增至18小时；

· 带电分子静电捕获：带电分子因与纳米片静电粘附释放极慢，负电分子MO和BBG需两周才达平衡（图4c）。这种逆于传统多孔材料（小分子滞留更久）的释放规律，首次在凝胶中实现“小分子快出、大分子/带电分子缓释”的精准控制。

图4 a) "渔网"假说示意图：小分子穿纳米片微孔（蓝色箭头），大分子绕行曲折路径（橙色箭头），带电分子静电吸附（红色箭头）。 b) T-Ane（小中性）、CBZ（大中性）、MnB（带正电）的释放动力学：T-Ane 6小时达平衡，CBZ需18小时，MnB需34小时（插图为MnB凝胶释放前后对比）。 c) 带负电分子MO与BBG的释放动力学：需约两周达平衡。

应用展望

该研究开创了将可调谐二维材料转化为凝胶态的新范式。Zr-BTB凝胶兼具加工性能（可注射成型）与独特分级筛分能力：纳米片本征微孔实现分子尺寸选择，凝胶大孔提供扩散路径，静电作用调控电荷依赖性释放。初步实验表明该策略适用于多种锆/铪基纳米片，未来有望在农药分层控释、多药物序贯输送、污染物选择性捕获等领域实现突破，为分离科学与生物医学提供新一代智能材料平台。