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ChemPlusChem:利用预合成的金属-有机笼构筑功能材料的策略

贵州中医药大学李田田副教授与华南师范大学蔡松亮、郑盛润教授课题组合作,在ChemPlusChem上发表了题为“Strategies for the Construction of Functional Materials Utilizing Presynthesized Metal-Organic Cages (MOCs)”的综述论文。该论文重点介绍了利用预先合成的金属-有机笼(MOC)作为反应起始原料构筑功能材料的策略。论文首先介绍了系列可用于进一步构筑材料的MOC。然后,介绍了“MOC连接”和“MOC镶嵌”两种主要的策略思想。最后,对该领域的未来发展趋势做了论述。



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MOC与金属-有机框架(MOF)类似的地方在于两者均具有功能配位空腔,可应用于吸附、催化、传感等各种领域。与MOF不同的是,MOC具有分立的结构,因此通常在合适的溶剂中具有良好的溶解性。每个MOC自身都具有独立的配位空腔,因此,它们可以看成分子,从而可以作为起始原料进一步构筑功能框架,将配位空腔引入相应的材料之中。


目前,利用预合成的MOC构筑功能材料的策略主要有两种。第一种是连接策略,即将MOC通过强的相互作用,通常是配位键或共价键进一步连接成框架材料。当采用配位键连接时,可能得到晶体材料或者超分子凝胶;当采用共价键连接时,则通常得到无定形产物。其中,当采连接基元为高分子链时,得到膜材料。

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第二种是镶嵌策略。这种策略是将预合成的MOC镶嵌到各种基质中。目前,采用的基质主要为两种,即高分子薄膜和介孔材料。将MOC溶液与聚合物溶液混合,再挥发除去溶剂是一种简单有效的把MOC引入聚合物膜的方法。此外,将MOC与聚合物前体混合再聚合以及将MOC直接作为一种共混聚合物的单体也是可以实现MOC的镶嵌的。将MOC引入聚合物,可以为聚合物提供更多的空腔,从而提升其膜分离性能,另外,MOC的引入也可能对膜的机械性能、抗老化性能等产生影响。

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将MOC镶嵌在介孔材料的研究中,目前采用的介孔材料有多孔硅、MOF材料以及共价有机框架(COF)等。在介孔材料中引入MOC,一方面可以改变材料的孔洞结构,另一方面可以起到分散MOC的作用,从而充分发挥MOC的功能。

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总之,将预先合成的MOC作为原料进行后续的材料构筑是获取新功能材料的有效途径,但目前还处于起步阶段。未来还发展需要更成熟的可以作为起始原料的MOC的合成策略、含有MOC的无定形材料的表针技术以及构筑具有多类型MOC空腔的功能材料等。

文信息

Strategies for the Construction of Functional Materials Utilizing Presynthesized Metal-Organic Cages (MOCs)

Tian-Tian Li, Shu-Na Liu, Liang-Hua Wu, Dr. Song-Liang Cai, Prof. Sheng-Run Zheng


ChemPlusChem

DOI: 10.1002/cplu.202200172




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