本研究提出了湿界面焦耳加热（WIJH）策略，具体方法如下：
图1 | WIJH策略用于湿化学合成。a 不同加热策略的热分布和温度演变示意图。b WIJH系统示意图。c 定制电脉冲程序下GF的温度演变。插图为焦耳加热过程中的典型热图像（3A for 1s）。d 不同加热方法中溶液部分的估计平均温度演变。插图为WIJH过程中溶液部分的典型热分布图像。e GF和f HKUST-1/GF的SEM图像。g GF、HKUST-1/GF和模拟HKUST-1的XRD图谱。h 典型加热方法在基底上合成MOFs的效率比较（生长速率和能量成本）。
图1展示了WIJH策略的核心概念和优势。与传统整体加热相比，WIJH将热量限制在界面区域，实现快速升温和溶剂蒸发，从而显著加速反应。温度演变和热图像显示，WIJH系统能在亚秒内达到高温（如153°C），并快速冷却。SEM图像证实了HKUST-1在GF上的成功合成，XRD图谱验证了其晶体结构。效率比较表明，WIJH在生长速率和能量成本上远超传统方法。
图2 | WIJH通过I-诱导、II-成核和III-生长三个部分实现超快合成的机制。a 由GF和液膜组成的系统温度演变。b LaMer模型示意图（蓝色部分，其中cn和cs分别代表成核的临界浓度和饱和浓度）和液膜的归一化高度（红色部分，通过模拟获得）。c 根据SEM图像的粒子密度和尺寸统计，得出的成核和生长形成图。粒子密度归一化为0.25s制备样品的值。误差棒代表三个样品的标准偏差。d 从规则八面体到截角八面体，最终到融合膜的结构演变示意图（上）和相应SEM图像（下）。e HKUST-1/GF的XRD演变。f-i 对比实验中获得产物的SEM图像：f 室温合成（12h），g 溶剂热合成（1h），h 整体焦耳加热（10min），i 蒸发（1h）。
图2揭示了WIJH的超快合成机制。温度演变和浓度变化（通过液膜高度减少表示）显示，合成过程分为诱导、成核和生长三个阶段。高温和浓度增加协同加速成核和生长，导致粒子密度和尺寸的快速变化。SEM图像和XRD图谱证实了晶体结构的演变和良好结晶性。对比实验突出WIJH的优越性：传统方法反应慢且产物不均匀，而WIJH在亚秒内实现均匀、快速的结晶。
图3 | 基于WIJH在GF上可编程合成HKUST-1。a 基于脉冲周期的粒子密度调制。b 基于脉冲强度的粒子尺寸调制。c 基于浓度的粒子尺寸和分散状态调制。从上到下分别为：电脉冲程序（电流模式）；WIJH系统的温度曲线；统计结果（a粒子密度归一化为2脉冲样品的值，b粒子尺寸，c粒子尺寸）；以及HKUST-1/GF的典型SEM图像（图像边框颜色用于标记统计结果中的相应样品）。误差棒代表三个样品的标准偏差。
图3展示了WIJH的可编程性。通过调节电脉冲程序（如脉冲周期和强度）和初始浓度，可以精确控制HKUST-1的粒子密度、尺寸和分散状态。脉冲周期增加导致粒子密度增加，脉冲强度影响粒子尺寸，浓度变化可产生单分散纳米粒子或融合膜。这种可编程性允许在宽尺寸范围内定制产物，凸显了WIJH在精确控制合成中的潜力。
图4 | WIJH策略的普适性。a-h 合成和表征：（a）ZIF-8/GF，（b）TAPB-DMTA/GF，（c）Au/GF，（d）MnO2/GF，（e）CdS/GF，（f）HKUST-1/Al2O3/GF，（g）HKUST-1/CC，（h）HKUST-1/GA。在a-h中，从左到右分别为：示意图（a-e中的晶体结构和f-h中的方法）；电脉冲程序（上）和温度曲线（下）；实验样品的SEM图像（上）和模拟纳米材料（下）（a-b和f-h），元素映射结果（c-e）。
图4证明了WIJH策略的广泛适用性。该方法成功合成了多种纳米材料，包括MOFs（如ZIF-8）、COF（TAPB-DMTA）、金属（Au纳米粒子）、金属氧化物（MnO2）和金属硫化物（CdS）。此外，WIJH可应用于不同组分和结构的基底，如Al2O3涂层GF、一维碳纤维（CC）和三维石墨烯气凝胶（GA）。这些结果凸显了WIJH作为一种通用高效合成策略的潜力。
图5 | 基于HKUST-1/GF的IJH控制CO2捕获和释放。a 示意图。b 25°C下的CO2吸附等温线。c 在编程IJH过程中HKUST-1/GF的CO2吸附等温线。d 吸附-解吸循环的稳定性。插图为IJH控制可逆捕获和释放的示意图。
图5展示了WIJH合成材料在气体捕获中的应用。HKUST-1/GF表现出优异的CO2吸附能力（14.56 cm3/g），优于传统溶剂热法制备的样品。通过IJH控制，可以编程释放不同量的CO2，能量成本低（3.72×10-4 kWh释放1 cm3 CO2）。循环测试显示良好的可逆性和稳定性，表明IJH策略在高效气体捕获和释放中的实际应用前景。