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新型功能配位聚合物晶体工程研究取得系列成果

  多孔配位聚合物(Porous Coordination Polymers, PCPs;也称Metal-Organic Frameworks, MOFs)在吸附、分离、催化等方面都有广阔的潜在应用,是当前化学与材料科学的研究热点。合理设计和组装具有特定配位网络结构和性能的配位聚合物一直是相关研究领域的基础和重大挑战。 

  配位聚合物设计合成的出发点是有机配体的设计与合成。鉴于常用有机配体的缺点如羧酸根配位模式复杂,而吡啶基配体不具备负电荷,中山大学化学与化学工程学院陈小明教授和张杰鹏教授等引入多氮唑阴离子(azolate),即脱质子的芳香氮杂五元环如咪唑和三氮唑等作为配体,发展了一类新型配位聚合物:金属多氮唑框架(Metal Azolate Frameworks, MAFs),自2003年起发表了一系列论文。代表性成果包括:发展了非配位侧基调控配位框架结构的晶体工程新策略(Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 206; J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13218),具有超高热稳定性和化学稳定性的沸石型多孔材料(Chin. Sci. Bull. 2003, 48, 1531;Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1557),具有特殊柔性和极佳吸附分离性能的三氮唑框架(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5495; J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14162;J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6010; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5516),通过精细孔表面剪裁获得优异吸附性能的多孔材料(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6654;Adv. Mater. 2011, 23, 1268; Chem. Sci. 2011, 2, 2214),以及这些材料的宏量合成方法(Chem. Commun. 2011, 47, 9185; Micropor. Mesopor. Mater. 2012, doi: 10.1016/j.micromeso.2011.11.033)。在这些工作之前,这类配体被认为:1)桥联距离太短,不利于构筑多孔框架;2)桥联几何无法改变;3)脱质子和晶体生长困难,因而极少被用于构筑配位聚合物。

  在2006年提出相关理论(Zhang JP, Chen XM, Chem. Commun. 2006, 1689, Feature Article)的基础上,相关工作的系统总结与展望最近应邀发表于《化学评论》(Zhang JP, Zhang YB, Lin JB, Cheng XM, Metal Azolate Frameworks: From Crystal Engineering to Functional Materials. Chem. Rev. 2012, 112, 1001)。该期封面图右上部分为这一论文的示意图。