鄭州大學Chem. Mater.: 單晶到單晶的配體交換賦予MOFs材料功能化

【引言】

近年來，具有可調性能的MOFs材料的快速發展吸引了各個領域的研究興趣，其中包括鐵電，氣體吸附，發光，磁性和催化等。特別是經歷單晶到單晶轉換(SC?SC)的MOFs材料能為研究化合物的構效關系提供精確結構平臺。其中，溶劑輔助配體交換作為一種SC-SC轉換方法，被認為是設計和合成不同孔道尺寸的MOFs材料最有效和可行的策略之一。然而結構轉變后單晶數據的缺失和較差的水穩定性限制了相關MOFs材料的應用前景。因此，開發水穩定的MOFs材料勢在必行，這不僅可以研究配體交換的機理，也可以為功能化材料的設計提供更好的思路。

【成果簡介】

近日，鄭州大學侯紅衛教授課題組采用單晶到單晶的配體交換方法實現了對MOF材料的磁學行為和去除重金屬離子（Hg²⁺）性能的高效調節，以標題“Modulation of Magnetic Behavior and Hg²⁺?Removal by SolventAssisted Linker Exchange Based on a Water-Stable 3D MOF”在Chem. Mater.上發表，論文第一作者為鄭州大學化學與分子工程學院博士研究生邵志超，通訊作者為鄭州大學侯紅衛教授。該團隊一直致力于研究MOFs材料中單晶到單晶轉變以及重金屬離子去除方面的探索，相關成果發表在J. Am. Chem. Soc., 2008,130,15222-15223，Chem. Sci.,2017,8,7611-7619，Chem. Commun., 2017,53, 10314-10317，Chem. Commun., 2011,47, 5271-5273等等。

本篇Chem. Mater.報道了一例三維的水穩定性MOF材料，并利用溶劑輔助配體交換法實現了高效的結構轉變。利用理論計算方法以及對核殼結構中間體的分析詳細的闡述了這個單晶到單晶的轉變機理。另外，子代MOFs與母體MOF相比雖然具有相似的結構框架，但是表現出了完全不同的磁學行為。而在MOF 4中，由于功能基團-NH₂的引入使其具有了良好的Hg²⁺離子去除能力，吸附能力為93.693 mg/g。與母體MOF相比，吸附量增加了500倍。

【圖文導讀】

圖1：MOF材料通過配體交換法實現功能化示意圖。

圖2：核殼結構中間體。

圖3：交換過程監控。

圖4：磁學行為和Hg²⁺去除能力的調節。

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【小結】

本文通過SC?SC配體交換實現了磁性行為轉變和重金屬離子去除性能的極大提升。水穩定的MOF 1作為一個前驅體，單晶轉變實現了MOF材料的功能化。這些結果突出了SC?SC轉換在動態分子系統研究中的重要性，強調了配體交換法實現材料功能化的可行性。

文獻鏈接：Modulation of Magnetic Behavior and Hg²⁺?Removal by Solvent-Assisted Linker Exchange Based on a Water-Stable 3D MOF?(Chem. Mater., 2018, 30 (21), pp 7979–7987，DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03621

本文由鄭州大學侯紅衛教授課題組供稿，編輯部編輯。

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