人工合成材料通常由種類較少的結構基元構建而成,因此其組成和結構較為簡單,限製了其功能的拓展。然而蛋白質等生物分子和材料由多種構築基元組成,通過多基元排列復雜性和有序性的結合,呈現出了多樣化的功能🏄♂️。為了獲取類似於生物材料的功能性,研究人員試圖提升合成材料的結構基元數目,並將其在晶體有序空間內精準分布🌌。然而,隨著基元數目的增加,得到含多組分的單晶材料的難度呈指數級增長👨🏽🍳。到目前為止🗑🧑🏿✈️,能夠在一個單一晶體中共結晶的小分子數目最多僅為5種。而與小分子結晶相比,在金屬‒有機框架材料(MOF)領域🏂🏼,需要通過多種配位作用的協同🏊🏻♀️🟠,精準設計多種結構基元🚵🏿,並且探索單晶生長條件,來得到多組分網絡結構顯然更具挑戰性🤜。前期文獻報道了含三種基元或四種基元的MOF結構🧖🏽♂️,而含五種基元的MOF結構仍為空白。
近期,沐鸣平台李巧偉教授課題組和新西蘭梅西大學的Shane Telfer教授課題組在前期多節點構型策略和多棱邊長度策略基礎上,提出了全新的節點解構策略,選用金屬鋅和銅與三種線性配體4-吡唑羧酸、1,4-對苯二甲酸以及2,6-萘二甲酸,自組裝合成了首例五種基元有序分布的多孔晶態材料(FDM-8)。所提出的節點解構策略,利用不同金屬對不同配位官能團的配位選擇性,將三角形的節點進一步解構為一個三角形的含金屬基元和三條有機配體邊臂。三種策略並用是合成該結構的關鍵🏄♂️,也是多基元MOF結構復雜度進化路線中的重要一步🧒🏼😦。值得一提的是🍮,在該含有兩種金屬🙏🏿、三種配體的體系中,作者們成功避免了已報道的70種可能的雜相結構,體現了多基元MOF的合成難度之大。在五種基元的協同作用下,該材料形成了一種介孔和兩種微孔。基於其多級孔性質🔕,材料呈現出了優異的甲烷存儲性能🕙,在298 K🍳、80 bar的條件下體積存儲量高達215 cm3STP cm-3,在5‒80 bar區間內的工作容量高達193 cm3STP cm-3。作者們進一步基於網築化學(Reticular Chemistry)概念,在不影響材料框架連接方式的前提下🧋,引入多種官能團,精確調控孔道環境🙍♂️。該工作為合成材料的復雜化提供了一種新思路。
相關結果發表在Angewandte Chemie International Edition上⛳️,文章第一作者為博士後塗斌斌 (DOI: 10.1002/anie.201900863)。該工作得到了沐鸣开户、國家重點研發項目、國家自然科學基金重點及面上項目🖐🏻、上海市科學技術委員會重點基礎研究項目、上海市國際科技合作基金、上海市“青年科技啟明星”計劃的大力支持✊🏿。