福建物構所分子籠基超分子框架穩定性研究獲得新進展

2020-09-10 小材科研

配位分子籠可以通過次級自組裝構築具有較高孔隙率的超分子框架化合物。然而，由於結構基元間僅存在弱相互作用，超分子框架化合物在無客體分子狀態下往往表現出較差的框架穩定性，這限制了其作為固態吸附劑的應用。配位分子籠中的金屬節點有望原位在超分子框架中催化活性單體使其轉化為聚合物進而為框架提供額外物理支撐，因此可能會使較脆弱的超分子框架的外在孔道得到保持。

在國家自然科學基金項目、中科院前沿科學重點研究計劃和中科院戰略性先導科技專項(B類)的資助下，福建物構所結構化學國家重點實驗室袁大強研究員課題組通過配位自組裝構築了以鋯基金屬有機多面體為結構基元的超分子框架化合物MSF-1。進而以該金屬有機多面體中的三核鋯節點為催化活性中心，使用1,6-六亞甲基二異氰酸酯為單體在框架中通過原位催化聚合反應構築聚合物。反應後，超分子框架的氮氣吸附性能得到大幅提高。

粉末衍射表明氣體吸附測試後的樣品框架得到了保持，說明通過原位催化聚合策略在超分子框架中引入聚脲提高了框架穩定性。由於超分子框架化合物孔洞的限域效應，形成的聚合物會阻礙單體的進一步擴散，因此聚合物主要存在於超分子框架的表面，這樣可以較大限度的保持材料的孔隙率。材料的孔隙率及穩定性在實際氣體儲存中的應用(如高壓甲烷吸附)密切相關，通過測試, 該雜化材料相較於其母體框架的高壓甲烷吸附性能明顯提升(184 vs. 62 cm3/g)；該吸附量也創造了配位金屬有機多面體構築的超分子框架在同等條件下的高壓甲烷吸附記錄。

相關研究結果已發表在發表於中國化學會的旗艦刊物CCS Chem上面，CCS Chem 2020, 2, 1382–1390, 已畢業博士生劉國良和周密為共同第一作者，袁大強研究員為通訊作者。

該課題組自2013年首次報導了以羧酸配體和三核鋯節點通過配位自組裝構築的鋯基金屬有機多面體以來，已在鋯基金屬多面體的設計與性能研究方面取得了系列進展（Cryst. Growth Des., 2020, 20, 4127; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 6231;Chem. Eur. J.2017, 23, 4774;Chem. Eur. J.2016, 22, 17345;Inorg. Chem., 2013, 52, 13815）。

來源：福建物構所

文章連結：

https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.020.202000263

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