【材料】JACS：手性网格化学，制备高度多孔和水稳定性的金属有机框架用于智能湿度控制- 大数跨境

【材料】JACS：手性网格化学，制备高度多孔和水稳定性的金属有机框架用于智能湿度控制

X-MOL资讯

2024-01-21

导读：上海交通大学的巩伟副教授和崔勇教授以及美国西北大学Omar Farha教授合作提出了手性网格化学的概念，通过引入光学纯的手性配体，实现具有本征手性hea拓扑结构的三维穿插孔道框架的制备；而利用消旋有机

空气湿度的精确控制对于许多重要场所如粮库、航天器和空间站密封舱以及数据存储中心等极为重要。此外，湿度的控制也与人类生活和健康息息相关。美国采暖、制冷与空调工程师学会 (ASHRAE) 研究报告称最适宜人类长期居住的室内空间的最佳相对湿度 (RH) 范围为 40% 到 60% 之间，超出此范围的相对湿度容易使建筑物和室内物品滋生大量有害微生物和霉菌，导致室内空气品质变差并产生大量过敏原，进而引发哮喘、哮鸣以及变应性鼻炎等呼吸道病症。目前的室内调湿技术主要依赖于能源密集型电力驱动设备或复杂的温度和湿度控制（THC）系统。因此，开发能够满足实际应用需求的多孔吸附材料实现低能耗条件下封闭空间湿度的精准和智能调节具有重要意义。

在这项工作中，上海交通大学的巩伟副教授和崔勇教授以及美国西北大学Omar Farha教授合作提出了手性网格化学的概念，通过引入光学纯的手性配体，实现具有本征手性hea拓扑结构的三维穿插孔道框架的制备；而利用消旋有机配体作为组装基元则无法成功制备该MOF材料。同时，有机基元中引入的亲水性磷酸基团能够同时作为氢键受体和供体与水分子形成氢键，有效促进水团簇的形成。所制备的MOF材料孔体积达到了1.78 cm³ g^-1，且表现出了极为出色的水吸附性能和循环性能，在90% RH下吸附容量达到了1.76 g g^-1，在 40-60% 的相对湿度范围内的工作容量达到了创记录的 1.35 g g^-1，且循环使用100次后，容量仍能完全保持，极好的平衡了MOF材料孔体积和水稳定性之间的博弈效应。利用单晶 X 射线和分子模拟技术，作者明确阐明了水分子在MOF孔道中聚集和填充的机制，揭示了框架中磷酸基元在促进水簇形成过程中的关键作用，为分子水平上理解限域空间中水的吸附和富集提供了指导。

该工作进一步拓展了网格化学的研究内容，即通过调控有机配体的光学纯度有可能实现具有新型拓扑结构（特别是本征手性拓扑结构）MOF材料的合成，并发现其在手性甚至其它非手性相关的功能中的应用。这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Chiral Reticular Chemistry: A Tailored Approach Crafting Highly Porous and Hydrolytically Robust Metal–Organic Frameworks for Intelligent Humidity Control

Wei Gong*, Xinfa Chen, Mohammad Wahiduzzaman, Haomiao Xie, Kent O. Kirlikovali, Jinqiao Dong, Guillaume Maurin, Omar K. Farha*, and Yong Cui*

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.3c11733

导师介绍

巩伟

https://www.x-mol.com/university/faculty/378269

崔勇教授

https://chiro.sjtu.edu.cn/cuigroup_cn/

https://www.x-mol.com/university/faculty/12609

Omar Farha

https://www.x-mol.com/university/faculty/58082