郑州大学Chem. Mater.: 单晶到单晶的配体交换赋予MOFs材料功能化

【引言】

近年来，具有可调性能的MOFs材料的快速发展吸引了各个领域的研究兴趣，其中包括铁电，气体吸附，发光，磁性和催化等。特别是经历单晶到单晶转换(SC−SC)的MOFs材料能为研究化合物的构效关系提供精确结构平台。其中，溶剂辅助配体交换作为一种SC-SC转换方法，被认为是设计和合成不同孔道尺寸的MOFs材料最有效和可行的策略之一。然而结构转变后单晶数据的缺失和较差的水稳定性限制了相关MOFs材料的应用前景。因此，开发水稳定的MOFs材料势在必行，这不仅可以研究配体交换的机理，也可以为功能化材料的设计提供更好的思路。

【成果简介】

近日，郑州大学侯红卫教授课题组采用单晶到单晶的配体交换方法实现了对MOF材料的磁学行为和去除重金属离子（Hg²⁺）性能的高效调节，以标题“Modulation of Magnetic Behavior and Hg²⁺ Removal by SolventAssisted Linker Exchange Based on a Water-Stable 3D MOF”在Chem. Mater.上发表，论文第一作者为郑州大学化学与分子工程学院博士研究生邵志超，通讯作者为郑州大学侯红卫教授。该团队一直致力于研究MOFs材料中单晶到单晶转变以及重金属离子去除方面的探索，相关成果发表在J. Am. Chem. Soc., 2008,130,15222-15223，Chem. Sci.,2017,8,7611-7619，Chem. Commun., 2017,53, 10314-10317，Chem. Commun., 2011,47, 5271-5273等等。

本篇Chem. Mater.报道了一例三维的水稳定性MOF材料，并利用溶剂辅助配体交换法实现了高效的结构转变。利用理论计算方法以及对核壳结构中间体的分析详细的阐述了这个单晶到单晶的转变机理。另外，子代MOFs与母体MOF相比虽然具有相似的结构框架，但是表现出了完全不同的磁学行为。而在MOF 4中，由于功能基团-NH₂的引入使其具有了良好的Hg²⁺离子去除能力，吸附能力为93.693 mg/g。与母体MOF相比，吸附量增加了500倍。

【图文导读】

图1：MOF材料通过配体交换法实现功能化示意图。

图2：核壳结构中间体。

图3：交换过程监控。

图4：磁学行为和Hg²⁺去除能力的调节。

【小结】

本文通过SC−SC配体交换实现了磁性行为转变和重金属离子去除性能的极大提升。水稳定的MOF 1作为一个前驱体，单晶转变实现了MOF材料的功能化。这些结果突出了SC−SC转换在动态分子系统研究中的重要性，强调了配体交换法实现材料功能化的可行性。

文献链接：Modulation of Magnetic Behavior and Hg²⁺ Removal by Solvent-Assisted Linker Exchange Based on a Water-Stable 3D MOF (Chem. Mater., 2018, 30 (21), pp 7979–7987，DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03621

本文由郑州大学侯红卫教授课题组供稿，编辑部编辑。

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