室温合成稳定介孔金属有机框架材料取得新进展学术资讯

2023年4月19日，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在Journal of the American Chemical Society在线发表了题为“Dynamic Bond-Directed Synthesis of Stable Mesoporous Metal？Organic Frameworks under Room Temperature”的研究论文。该工作突破了稳定介孔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。

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。

　　图1. 室温下动态化学键引导的介孔稳定MOFs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。