中科院福建物构所:多孔金属有机框架材料研究获新进展

2011-08-19

    面对当前严峻的能源与环境问题,探索新的多孔材料应用于能源气体(氢气、甲烷等)的存储、温室气体(二氧化碳)的俘获以及高效多相催化反应一直是化学与材料领域的研究热点之一。近年来,微(介)孔金属有机框架材料(MOFs)因其在气体存储/分离、催化等方面表现出来的优异性能而备受关注。
    中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室张健研究员领导的课题组在科技部973计划、国家自然科学基金项目以及中科院重要方向性项目的资助下,在多孔金属有机框架材料研究方面获新进展。
    沸石分子筛是由典型的TO4 (T = Si4+, Al3+, P5+ 等)四面体单元构筑而成的4-连接三维微孔结构,展示出超过190多种的4-连接拓扑网络。通过巧妙地应用结构设计思想,针对A型沸石分子筛网络(Zeolite A or LTA),如果有效的移除每个四面体节点的一个连接,将使整个网络结构降解为3-连接模式,从而有效的扩大该结构中的分子环,获得断键类型的分子筛拓扑结构(Interrupted Zeolites)。
    在该思想指导下,研究人员利用三齿的有机硼咪唑配体BH(mim)3-与四面体配位的金属Zn2+组装,成功实现了这类断键型的LTA结构(Interrupted Zeolite A)的构筑,获得了一例具有良好气体吸附性能的微孔材料BIF-20。并且研究还发现,只要改变辅助的有机羧酸配体,可以实现不同断键型分子筛结构的调控,获得了另一例具有Interrupted ATN结构的化合物BIF-21。相对而言,无机分子筛非常难构筑这类Interrupted Zeolite,该研究使这一想法在金属有机配合物领域首次获得实现,成功拓展了金属有机分子筛类材料的研究范畴,为开发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,该课题组在设计合成具沸石分子筛型拓扑结构的金属有机框架材料领域取得系列研究成果,相继在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)上发表系列研究论文。

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