方煜教授科研成果|MOFs修饰新策略“Cage-on-MOF”,保持原有孔隙率,增强稳定性

时间: 2024-09-05
作者: 百灵威
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方煜教授科研成果|MOFs修饰新策略“Cage-on-MOF”,保持原有孔隙率,增强稳定性|百灵威-百灵威
    金属有机骨架化合物(MOFs)作为一类新兴的晶体多孔材料,在气体储存、分子分离和非均相催化方面的潜力。使用封端剂对MOFs材料进行功能化可以产生具有增强性能的杂化材料,该策略的挑战在于如何提高选择性的同时保持母体框架的孔隙率。
    2023年,湖南大学方煜教授提出了一种“Cage-on-MOF”策略,通过与表面暴露的金属位点配位,将多孔配位笼(PCCs)均匀地掺入MOF颗粒的外表面(图1)。设计并合成了两种PCCs作为表面封端剂(PCC-4和PCC-5),选择了PCN-222和MIL-101作为模型结构,通过将具有次级配位位点的PCC结合到这些MOF上,PCC上暴露的硫酸根和氨基可以与MOF颗粒外表面暴露的金属位点稳定结合形成四种不同的多孔材料,即“MOF@PCC”(图2)。PCCs主要在PCN-222和MIL-101的外表面上配位,而不会因其空间位阻和电荷排斥而影响其孔隙率[1]
图1 Cage-on-MOF材料相对于原始MOF、聚合物改性MOF和cage-encapsulated-MOF的优势<sup>[1]</sup>
图1 Cage-on-MOF材料相对于原始MOF、聚合物改性MOF和cage-encapsulated-MOF的优势[1]

图2 MOF@PCC-4和MOF@PCC-5的结构<sup>[1]</sup>
图2 MOF@PCC-4和MOF@PCC-5的结构[1]
    研究结果表明,MOF@PCCs表现出与原始MOF相似的气体吸附能力,且在各种恶劣条件下光稳定性和化学稳定性有所提高。更重要的是,MOF@PCCs可以作为缩合反应的选择性多相催化剂,实现反向产物选择性和优异的可回收性。
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  • 形貌规整,尺寸均一,批次质量稳定;
  • 使用前需在120℃下活化12 h。


方煜,现任湖南大学化学化工学院教授,2010年在上海交通大学化学专业获硕士学位。2014年3月博士毕业于日本东京大学。2014-2015年期间继续在日本东京大学从事博士后研究。2015年4月到2019年9月,在美国德克萨斯A&M大学从事博士后研究。在研究生学习阶段和博士后工作期间,主要致力于“分级孔配位材料”(孔道尺寸为2-50纳米)的研究,围绕构建新型多孔配位笼(PCC)和介孔金属有机框架(mMOF),调节其孔道结构,控制客体分子在孔道内的负载与组装,在提升能源气体的转化与负载,以及抗癌纳米疗法方面取得进展。

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参考文献
  1. Liang Y, Yang X, Wang X, et al. A cage-on-MOF strategy to coordinatively functionalize mesoporous MOFs for manipulating selectivity in adsorption and catalysisJ. Nature Communications, 2023, 14(1): 5223.
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