作者:朱广山等 来源:《化学》 发布时间:2023/10/20 9:26:34
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一类金属-碳键连接的金属有机框架材料

 

2023年10月19日,东北师范大学化学学院的朱广山课题组与上海科技大学的马延航课题组合作在Chem期刊上发表了一篇题为“Metal–carbon bond metal-organic frameworks with permanent porosity”的新研究。

该研究报道了以金属-碳(M-C)键为连接单元合成了两种结晶金属碳键连接的金属有机框架材料(MC-MOFs)。作者结合PXRD、EXAFS以及TEM等表征手段对MC-MOFs的结构进行了详细的分析。结晶性的MC-MOFs由炔基配体和Cu(I)通过σ、π配位键,以及三核Cu(I)簇连接而成,其中MC-MOF-1仅含有铜、碳和氢三种元素。MC-MOFs具有蜂窝状排列的1D永久孔道。该研究为金属有机框架材料的构建引入了新的要素并提供了新的思路。

论文通讯作者是朱广山;第一作者是姜丽,贾江涛。

金属有机框架材料(MOF)已成为化学学科和材料科学研究领域最受欢迎的材料之一,其在气体存储、吸附、分离、催化等多领域都表现出优异的性能。MOFs展现出的多样性质与其内在结构、组成等密切相关。连接构筑基块的化学键是构筑新型MOFs的关键因素,当前MOFs的构建普遍只采用金属-氮(M-N)、金属-氧(M-O)和金属-硫(M-S)键作为连接基块。丰富MOFs的连接类型,采用其它的配位键构建MOFs被认为是构建新结构和拓宽研究范围的有效策略之一。利用有机金属化合物中常见的M-C键构筑结晶MOFs被认为极具挑战性,且结构难以表征,但这种将有机金属化合物的性质与骨架材料的孔隙率相结合的MOFs有望在催化、吸附、半导体材料等领域发挥潜在应用。

东北师范大学朱广山课题组将M-C键引入到MOFs的构建中,以炔基为碳配位配体,Cu(I)为金属源,首次合成了两种完全由M-C配位键连接的结晶性MOFs(MC-MOF-1和MC-MOF-2),区别于其他常见MOF材料,MC-MOF-1只包含铜、碳、氢三种元素。两种MC-MOFs都具有稳定的蜂窝状1D孔道和刚性的三维框架,其BET比表面积分别可达640 m2 g-1和960 m2 g-1。通过对MC-MOFs的固体紫外漫反射光谱以及光电流响应表征发现,这两种MOFs都是半导体材料,在微电子工业和光催化领域具有潜在应用。

图1:普遍MOFs的配位模式以及MC-MOFs的设计理念。

图2:MC-MOF-1的合成方法。

图3:MC-MOF-1的EXAFS谱图及配位结构。

图4:MC-MOF-1的PXRD谱图、晶体结构、TEM、STEM图片以及拓扑结构。

图5:MC-MOF-1对不同气体吸附质的吸附等温曲线。

图6:MC-MOF-2的合成方法、晶体结构以及N2吸附-脱附等温曲线。

图7:MC-MOF-1的固体紫外漫反射光谱以及光电流响应谱图。

该项研究为新型MOFs材料的设计和构建拓展了思路和选择。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.09.022

 
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