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我国学者在有序大孔单晶材料研究方面取得重要进展
2018年01月15日    作者: 朱旺喜,张国俊    发布 : 化学科学部

金属有机骨架(MOFs)材料因其独特的孔道结构,在气体吸附/分离、催化等领域显示出巨大的应用潜力。然而,目前已报道的绝大部分MOFs材料的孔径或窗口直径都集中在微孔范围内(小于2 nm),因此极大地限制了其在有大尺寸化合物参与的许多应用。近年来,虽然科学家们发展了一些制备介孔或大孔MOFs材料的合成策略,但是这些介/大孔多为无序结构,或因其多晶结构而易于坍塌。迄今为止,制备高度有序、大孔、单晶的稳定MOFs材料仍然是一个巨大挑战。近期,华南理工大学沈葵副研究员和李映伟教授团队与美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授等人合作,在有序大孔单晶材料研究领域取得重要进展。研究成果以 “Ordered Macro–Microporous Metal–Organic Framework Single Crystals”(有序大孔-微孔金属有机骨架单晶)为题,于2018年1月12日在线发表在Science(《科学》)杂志上。

研究团队首次提出了一种以聚苯乙烯小球(PS)三维结构为模板的合成策略(图1),以甲醇-氨水为双溶剂,通过“硬模板剂的制备--在大孔内填充MOF前驱体--MOF的可控晶化—去除模板剂”的制备路线,研制出世界第一个有序大/微孔MOF单晶材料(即SOM-ZIF-8)(图2)。而且,该方法具有较好的通用性,通过简单变换PS模板的尺寸,可以系统调变有序大孔的直径(190-470 nm)。同时,将该有序大/微孔ZIF-8单晶应用于苯甲醛和乙二腈的Knoevenagel缩合反应,发现其催化活性是常规微孔ZIF-8的4倍以上,而且随着反应物分子尺寸的增大,其活性提升倍数越高。另外由于其单晶结构,该材料还具有良好的稳定性。该研究成果使得多孔材料的应用成功延伸到有序大孔单晶领域,有望在涉及大尺寸化合物的许多领域,如大分子物质的吸附/分离和催化转化、生物大分子的装载与控释递送等方面获得广泛的应用。

上述研究得到国家自然科学基金项目 (项目编号:21606087, 21436005, 51621001, 21576095, 21606088) 等资助。

原文链接:http://science.sciencemag.org/content/359/6372/206                                             

李映伟成果图片1.jpg

图1. A: 有序大孔MOF单晶材料合成示意图;B: SOM-ZIF-8的SEM图;C: 单个MOF晶体不同方向的SEM图。

李映伟成果图片2.jpg

图2. SOM-ZIF-8的<011>面的TEM图片。左图插图为SAED谱图,中图插图为FT 谱图。

(化学科学部,朱旺喜,张国俊)

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