面對當(dāng)前嚴峻的能源與環(huán)境問題,探索新的多孔材料應(yīng)用于能源氣體(氫氣、甲烷等)的存儲、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)域的研究熱點之一。近年來,微(介)孔金屬有機框架材料(MOFs)因其在氣體存儲/分離、催化等方面表現(xiàn)出來的優(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)國家重點實驗室張健研究員領(lǐng)導(dǎo)的課題組在科技部973計劃、國家自然科學(xué)基金項目以及中科院重要方向性項目的資助下,在多孔金屬有機框架材料研究方面獲新進展。
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190多種的4-連接拓撲網(wǎng)絡(luò)。通過巧妙地應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計思想,針對A型沸石分子篩網(wǎng)絡(luò)(Zeolite A or LTA),如果有效的移除每個四面體節(jié)點的一個連接,將使整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降解為3-連接模式,從而有效的擴大該結(jié)構(gòu)中的分子環(huán),獲得斷鍵類型的分子篩拓撲結(jié)構(gòu)(Interrupted Zeolites)。
在該思想指導(dǎo)下,研究人員利用三齒的有機硼咪唑配體BH(mim)3-與四面體配位的金屬Zn2+組裝,成功實現(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羧酸配體,可以實現(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。相對而言,無機分子篩非常難構(gòu)筑這類Interrupted Zeolite,該研究使這一想法在金屬有機配合物領(lǐng)域*獲得實現(xiàn),成功拓展了金屬有機分子篩類材料的研究范疇,為開發(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)計合成具沸石分子篩型拓撲結(jié)構(gòu)的金屬有機框架材料領(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。