网状化学的建立不仅大大拓宽了多孔材料的领域,而且还革命性地改变了固态材料化学。在网状化学中,可以通过合理设计材料的结构,从而实现材料的性能调控。对于晶态多孔材料来说,建立永久孔隙率对于它们的进一步发展至关重要,例如在MOF-2和随后的MOF-5的永久孔隙率的建立为金属有机骨架(MOFs)的化学和功能奠定了基础,让MOFs成为过去三十年中是最重要的研究课题之一。类似的,在永久孔隙率建立后,其他晶态多孔材料例如共价有机框架(COFs)和氢键有机框架(HOFs)已经在气体储存、气体分离、催化、分子识别和传感、能源、环境科学和生物医学等方面有着广泛的应用。
利用配位氮硼键为节点构建超分子化合物(BNFs)已经被广泛报道。Severin课题组在2011年率先报道了一例具有潜在孔隙率的氮硼框架化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3034-3037)。由于具有中等的键能(100 kJ/mol)和可逆的形成/断裂性质,以配位氮硼键为节点构建多孔晶态聚合物是可行的。在2019年,Severin课题组进一步在氮硼配位聚合物中建立了永久孔隙率。但遗憾的是,这些聚合物均为非晶态的,且容易在高湿度下分解(ACS Mater. Lett. 2019, 1, 3-7)。这种不够稳定的特性,极大地阻碍了BNFs的应用和进一步发展。
在本工作中,我们报道了第一个结晶和高化学稳定的氮硼框架化合物BNF-1。我们通过其原始、活化和乙炔负载的晶体结构、气体吸附等温线和动态穿透实验对它进行了全面的表征。框架中独特功能位点赋予BNF-1对乙炔分子的高亲和力,从而能够在环境温度下有效分离乙炔和二氧化碳混合物。在这种结晶和稳定的BNF中建立永久孔隙率为建立BNF化学和功能材料铺平了道路。鉴于含有氮给体和硼受体有机分子的丰富性,研究组预计未来还将会有大量氮硼框架被报道,并在各个领域得到广泛的应用。
论文通讯作者是张章静教授;第一作者是博士研究生张昊。
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https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.10.023