福建物构所在锆基框架材料的结构调控方面取得新进展

由于在气体存储与分离，光捕获和催化等领域的潜在应用价值，金属有机框架（MOF）材料的研究在过去二十年中取得了突飞猛进的发展。除了不同的组分可以影响MOF材料的框架结构，具有不同对称性或构型的相同（类似）组分对于MOF材料的结构也起到至关重要的作用。然而，人们对于此类“同组分异构体”MOF材料的合成和结构调控机理尚未完全清楚。 在中国科学院先导专项、科技部973计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、海西研究院“春苗”青年人才专项等基金的支持下，福建物构所结构化学国家重点实验室洪茂椿院士课题组和美国德克萨斯A&M大学周宏才教授课题组合作，设计了一系列具有相同骨架但修饰有不同取代基的四羧酸配体，用以控制和选择性合成具有不同框架结构的锆基MOF材料，并对这些MOF结构的形成机理进行了深入研究。虽然这些化合物采用相同的八连接六核锆簇作为节点，但通过四羧酸配体上的取代基R1和R2，可以精确调控有机配体的构象从四面体构象，到C2h对称性和C2v对称性的平面四方构象，从而可以合成得到三种不同拓扑类型flu、scu和csq的化合物。分子模拟的结果也证实了这一假设。此外，通过混合具有合适取代基的有机配体，实现了具有特定拓扑类型的MOF材料的选择性合成。 这一研究成果为具有特定应用前景的MOF的精确设计与合成提供了有益的参考。相关研究结果发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b09973）。此前，该小组利用该类四羧酸配体构筑了一系列性能优异的多孔材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 7478-7482；Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14622-14626; Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 2101-2104;Nat. Commun.,2015, 6, 7575）。