室温合成稳定介孔金属有机框架材料取得新进展

稳定介孔金属有机框架 (MOFs) 具有高比表面积、较大孔径 (2-50 nm) 和结构可调控性，在催化剂负载、吸附、分离等领域有广泛应用。但迄今报道的大多数MOFs均为微孔 (孔径小于2 nm)，介孔MOFs的比例不到1%，同时多数介孔MOFs存在稳定性不足问题。而稳定MOFs的合成通常需要高温和强酸环境，无法原位包覆不稳定的功能分子 (如酶、量子点、金属配合物、部分杂多酸等)。因此，开发温和条件下 (室温、中性溶剂) 的稳定介孔MOFs的合成策略是一项非常迫切且具有挑战性的工作。近期，南京大学化学化工学院袁帅教授、左景林教授与国民核生化灾害防护国家重点实验室郑禾教授等人合作，首次突破了稳定介孔MOFs在室温、中性条件下合成的难题，实现了多种功能分子的原位稳定包覆和协同催化。

图1. 室温下动态化学键引导的介孔稳定MOF合成及协同催化

MOFs的生长条件通常由配位键强度决定，基于高价金属的稳定MOFs（如Zr-MOFs）通常需要高温和酸性调节剂才能生成晶态产物，而基于低价金属的不稳定MOFs则可以在室温中性溶剂中形成单晶。鉴于此，该团队开发了一种动态化学键导向的合成方法，在温和条件下即可得到稳定介孔Zr-MOFs的单晶。首先构建了具有稳定Zr羧基配位键和不稳定Cu-吡啶基团的MOFs模板，由于合成反应在室温进行，可以分离出具有介孔的动力学产物，而避免了热力学稳定的微孔MOFs生成。随后，通过单晶到单晶转变过程，不稳定的Cu-吡啶配体被长度相似且稳定的直线形有机配体取代，形成稳定的介孔MOFs的单晶。利用该策略成功构建了两种新型等网状reo拓扑结构MOFs，即Compound 1′和Compound 2′。其中，Compound 1′具有较高的孔隙率 (N₂吸附量为1045 cm³ g^-1)、较大的孔径 (2.5 nm) 和较高的化学稳定性 (pH值1-11)。此外，在Compound 1′中成功封装了一系列酸敏感材料，包括POM、CdSeS/ZnS量子点和金属配位笼。其中，POM@compound 1′对VX的降解具有较高的催化活性。本文报道了室温下动态化学键引导介孔稳定MOFs合成及原位封装纳米功能材料的应用，为合成稳定MOF和MOF基复合材料的研究提供新思路。

图2. 配体交换形成介孔稳定MOFs

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。论文第一作者为博士生李幼聪。

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Dynamic Bond-Directed Synthesis of Stable Mesoporous Metal–Organic Frameworks under Room Temperature

Youcong Li, Jian Su, Yue Zhao, Liang Feng, Lei Gao, Xinyu Xu, Ya Yin, Yifan Liu, Pengwei Xiao, Ling Yuan, Jun-Sheng Qin, Yuanyuan Wang, Shuai Yuan*, He Zheng*, and Jing-Lin Zuo*

J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c01219

袁帅教授简介

袁帅，南京大学化学化工学院教授、博士生导师。2018年博士毕业于美国德克萨斯农工大学。2018年至2021年在美国麻省理工学院从事博士后研究。

目前致力于配位化学、材料化学和催化学科前沿交叉领域，利用金属有机框架为平台设计多元功能材料，应用于能源环境等方面。在国际重要SCI期刊上发表论文100余篇，包括以第一和通讯作者发表的Nat. Mater.、Nat. Commun.、JACS、Angew、Joule等，论文被引用9000余次，H-index 50, 入选2021年度高被引科学家。

https://www.x-mol.com/groups/yuangroup 

左景林教授简介

左景林，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，中国化学会无机化学学科委员会主任。1997年博士毕业于南京大学。2000-2003年，德国慕尼黑工业大学（洪堡学者）、美国哈佛大学博士后。国家杰出青年基金获得者（2007年）；国家重大科学研究计划项目、国家重点研发计划项目首席科学家（2007、2013和2018年）；教育部长江计划特聘教授（2009年）。1997年起就职于南京大学。

主要从事光电功能配合物的合成、性质和应用研究。在Nat. Chem、 JACS、Angew、 Nat. Commun.等刊物发表SCI论文三百余篇。2004和2002年分获“国家自然科学奖”二等奖和“教育部提名国家科学技术奖自然科学奖”一等奖(均为第三完成人)。

https://hysz.nju.edu.cn/zuojl 

https://www.x-mol.com/university/faculty/11590