华南理工大学首次以第一单位在Science杂志上发表论文

2018-01-12 21:19 光明日报客户端 雷爱侠

2018年1月12日,国际顶级学术期刊Science杂志在线发表了华南理工大学化学与化工学院李映伟教授团队与美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学韩宇教授和西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授合作的研究论文 “Ordered Macro–Microporous Metal–Organic Framework Single Crystals”(有序大孔-微孔金属有机骨架单晶)。华南理工大学沈葵副研究员为论文的第一作者、李映伟教授与美国德克萨斯大学陈邦林教授为论文的共同通讯作者。该论文的第一署名单位为华南理工大学,这也是华南理工大学首次在Science/Nature主刊上以第一单位发表论文,是一次历史性的突破。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)是一类由金属离子或金属簇与多齿有机配体通过氧、氮等原子连接而自组装形成的超分子网络结构类沸石材料。这类新型多孔材料因其独特的物理化学性质,在气体吸附/分离、传感、催化等领域显示出巨大的应用潜力。然而,尽管MOFs材料的种类众多,目前已报道的绝大部分MOFs材料的孔径或窗口直径都集中在微孔范围内(小于2 nm),因此极大地限制了其在有大尺寸化合物参与的许多应用。近年来,虽然科学家们发展了一些有效的合成策略,成功制备出介孔或大孔MOFs材料,但是这些介/大孔大都无序或易于坍塌。迄今为止,制备出高度有序、大孔、单晶的稳定MOFs材料仍然是一个巨大挑战。

为此华南理工大学沈葵副研究员和李映伟教授经过精心设计,首次提出了一种以聚苯乙烯小球(PS)三维结构为模板的合成策略,以甲醇-氨水为双溶剂,通过“硬模板剂的制备--在大孔内填充MOF前驱体--MOF的可控晶化—去除模板剂”的制备路线,研制出世界第一个有序大/微孔MOF单晶材料(即SOM-ZIF-8)。而且,该方法具有较好的通用性,通过简单变换PS模板的尺寸,可以系统调变有序大孔的直径(190-470 nm)。同时,将该有序大/微孔ZIF-8单晶应用于苯甲醛和乙二腈的Knoevenagel缩合反应,发现其催化活性是常规微孔ZIF-8的4倍以上,而且随着反应物分子尺寸的增大,其活性提升倍数越高。另外材料还具有良好的稳定性,在重复利用7次以后,仍然能够保持87%以上的初始活性。审稿人高度评价该工作为“presents an elegant strategy”,“describes a beautiful chemistry”,“congratulate the authors again for this discovery”等等。

考虑到多孔晶体材料的相似性,通过精确调变合成条件,该合成策略有望拓展到其他有序大孔单晶材料的制备。该研究成果使得多孔材料的应用成功延伸到有序大孔单晶领域。由于其高度有序而且可以调变的大孔、稳定的单晶结构,这类大孔MOFs单晶材料将有可能在涉及大尺寸化合物的许多领域,如大分子化学物质的吸附/分离和催化转化(例如石油化工,生物炼制等)、生物大分子(例如大分子药物,活性蛋白,疫苗,基因等)的装载与控释递送等方面获得广泛的应用。

论文工作得到国家自然科学基金,广东省自然科学基金,中央高校基本业务费等项目的资助,以及华南理工大学的支持。(光明融媒记者雷爱侠 通讯员吴霞)

责编:周梦爽
推荐阅读