面對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻的能源與環(huán)境問(wèn)題,探索新的多孔材料應(yīng)用于能源氣體(氫氣、甲烷等)的存儲(chǔ)、溫室氣體(二氧化碳)的俘獲以及高效多相催化反應(yīng)一直是化學(xué)與材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近年來(lái),微(介)孔金屬有機(jī)框架材料(MOFs)因其在氣體存儲(chǔ)/分離、催化等方面表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異性能而備受關(guān)注。
中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張健研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組在科技部973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及中科院重要方向性項(xiàng)目的資助下,在多孔金屬有機(jī)框架材料研究方面獲新進(jìn)展。
沸石分子篩是由典型的TO4 (T = Si4+, Al3+, P5+ 等)四面體單元構(gòu)筑而成的4-連接三維微孔結(jié)構(gòu),展示出超過(guò)190多種的4-連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。通過(guò)巧妙地應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想,針對(duì)A型沸石分子篩網(wǎng)絡(luò)(Zeolite A or LTA),如果有效的移除每個(gè)四面體節(jié)點(diǎn)的一個(gè)連接,將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降解為3-連接模式,從而有效的擴(kuò)大該結(jié)構(gòu)中的分子環(huán),獲得斷鍵類型的分子篩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Interrupted Zeolites)。
在該思想指導(dǎo)下,研究人員利用三齒的有機(jī)硼咪唑配體BH(mim)3-與四面體配位的金屬Zn2+組裝,成功實(shí)現(xiàn)了這類斷鍵型的LTA結(jié)構(gòu)(Interrupted Zeolite A)的構(gòu)筑,獲得了一例具有良好氣體吸附性能的微孔材料BIF-20。并且研究還發(fā)現(xiàn),只要改變輔助的有機(jī)羧酸配體,可以實(shí)現(xiàn)不同斷鍵型分子篩結(jié)構(gòu)的調(diào)控,獲得了另一例具有Interrupted ATN結(jié)構(gòu)的化合物BIF-21。相對(duì)而言,無(wú)機(jī)分子篩非常難構(gòu)筑這類Interrupted Zeolite,該研究使這一想法在金屬有機(jī)配合物領(lǐng)域*獲得實(shí)現(xiàn),成功拓展了金屬有機(jī)分子篩類材料的研究范疇,為開(kāi)發(fā)新型多孔材料提供了新的思路和方法(J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11884-11887)。
此前,該課題組在設(shè)計(jì)合成具沸石分子篩型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架材料領(lǐng)域取得系列研究成果,相繼在Angew. Chem. Int. Ed. (2011, 50, 450), Chem. Commun. (2011, 47, 5828; 2011, 47, 4950; 2011, 47, 770)和J. Am. Chem. Soc. (2011, 133, 11884)上發(fā)表系列研究論文。