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理論預測和實驗相結合構筑金屬-有機多面體
發布:blast_k   時間:2019/4/29 9:20:36   閱讀:174 
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定向設計和構筑具有目標結構的晶態材料是配位化學和晶體工程領域的一項挑戰,其主要原因是缺乏具有特定幾何配位構型的建筑?????蚣芑?Reticular chemistry)的概念是由美國Michael O’Keeffe教授和Omar M. Yaghi教授提出,結合網絡拓撲學的理念,用于預測和構筑金屬-有機框架(MOFs)材料??蚣芑搶么渭督ㄖピ?SBUs)的方法指導金屬-有機框架材料的組裝,對于合成三維有序的金屬-有機框架材料是一種合理有效的方法。

近年來,框架化學的設計原理已經廣泛用于設計構建基于簡單網絡的金屬-有機框架材料。此外,該方法也適用于分子金屬-有機多面體(MOPs)的組裝。2008年,O'Keeffe和Yaghi教授在一篇綜述性論文中(Angew. Chem. Int. Ed.,2008, 47, 5136)提出九種具有單一頂點的基本多面體模型,為定向構筑具有特定構型的金屬-有機多面體提供了理論基礎。然而,對于復雜構型多面體的構筑,網格化學仍然顯得力不從心,主要原因如下:首先,相對于數量龐大的金屬-有機框架而言,具有復雜構型的金屬-有機多面體報道很少,難以總結出特定規律;其次,用于構筑金屬-有機多面體的次級建筑單元在配位構型上要求具有一定的曲率以形成封閉的單分子結構,而這樣的SBUs更難獲得,由于缺乏符合上述要求的SBUs,使得定向設計和構筑具有復雜構型的金屬-有機多面體成為一項挑戰性課題。


 
最近,東北師范大學的蘇忠民(點擊查看介紹)和王新龍(點擊查看介紹)教授課題組通過框架化學理論預測指導,成功合成出一系列與預測模型完全一致的金屬-有機多面體??蚣芑Ю礪墼げ獗礱?,在八面體到二十面體之間,有且僅有四個具有最小傳遞性的多面體。八面體中含有6個四配位頂點,二十面體中含有12個五配位頂點,因此,中間的多面體必須含有四、五兩種配位頂點。受到經典碳硼烷結構的啟發,結合網格化學的預測,這一系列多面體中四配位和五配位頂點的數量需要滿足(6:0)、(5:2)、(4:4)、(3:6)、(2:8)、(0:12)這樣的規律。雖然這樣的理論預測合理,但是在實際多面體構建過程中,想要得到這樣系列的多面體是十分困難的。該課題組結合前期在多酸基金屬-有機多面體的研究基礎 (J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 17365; Angew. Chem. Int. Ed.,2019, 58, 780),利用{V5Cl}和{MV5}兩種具有特定構型的多酸分子建筑塊,成功實現了這一系列金屬-有機多面體的定向設計和構建。這是首次將框架化學預測和實驗合成相結合,用于設計合成金屬-有機多面體的報道,推動了框架化學在預測和設計金屬-有機多面體領域的應用。

這一成果發表于近期的Angew. Chem. Int. Ed. 上,并被選為Hot Paper,博士研究生徐娜和甘紅梅為共同第一作者,該工作得到國家自然科學基金面上項目的資金支持。

來源:X-MOL

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