本文概述周宏才教授課題組最近在多孔材料領域的新進展。供大家交流！
1. Nat. Chem.：MOF中溶劑脫附觸發的多米諾式晶格重排
2020年1月，Nature Chemistry 在線發表了周宏才教授團隊與臺灣清華大學、臺灣中央研究院化學研究所、臺灣師範大學Chia-Her Lin、Sue-Lein Wang和Kuang-Lieh Lu等教授團隊，以及美國德克薩斯大學達拉斯分校Yves J. Chabal教授團隊的合作成果（Nat. Chem., 2020, 12, 90–97）。基於動態配位化學和溶劑化學的方法，研究者發現一種具有高度缺陷結構的MOF材料（AlTz-53-DEF）在進行溶劑的置換與去溶劑化的過程中產生了配位不飽和的金屬中心（Al）。這種不穩定化的狀態會誘導鄰近的有機配體產生多米諾式遷移運動，最後導致整體的晶格重排，實現了MOF合成設計的新方法。不同於傳統的柔性MOF去溶劑化的表現，該合作團隊所開發出來的高缺陷結構的AlTz-53-DEF可以在去溶劑化的過程中，內部晶格發生大幅度的重排，並轉變到具有介孔的同分異構體AlTz-68。值得注意的是，通過再溶劑化，例如在DMF溶劑中加熱，這兩種結構可以發生可逆的結構互變，類似於蛋白質摺疊與展開的可逆過程。
2. Matter：封裝-重排策略用於構築超疏水介孔MOF
2020年2月，Matter 上線了周宏才教授團隊與臺灣清華大學、臺灣中央研究院化學研究所、臺灣師範大學Chia-Her Lin、 Sue-Lein Wang和Kuang-Lieh Lu等教授團隊的合作成果（Matter, 2020, DOI: 10.1016/j.matt.2020.01.015）。設計兼具表面超疏水性、高比表面積、大而均勻的孔徑以及出色穩定性的材料對於合成化學家來說是一個非常具有挑戰性的課題。在這篇工作裡，研究人員展示了一種由生物系統啟發的封裝-重排策略，該策列通過選擇性地修飾MOF的外表面，再利用晶格重排在MOF內部製造介孔，以構建超疏水介孔MOF材料。研究者利用一種有缺陷的MOF (AlTz-53)，該MOF孔隙率有限，可以通過點擊反應在表面修飾上疏水性的烷基鏈。隨後，通過溶劑脫附，MOF的內部框架發生了晶格重排，從而導致內部孔隙率和材料結晶度的顯著提高。據報道，用十八碳烯功能化AlTz-68（AlTz-68-C18）的表面會產生超疏水性，水接觸角為173.6°。在所有報道的超疏水框架材料中，AlTz-68-C18還是具備最高的Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面積的材料之一。此外研究表明，超疏水AlTz-68-C18和加工所得的海綿均表現出優異的油水分離性能。
3. Chem：多孔球晶超結構
2020年2月，Chem在線發表了周宏才教授團隊關於多孔球晶超結構的最新研究成果（Chem,
2020, 6, 460–471）。將微晶組裝成三維多級超結構對於多組分體系的設計具有重要意義，這些體系結構在儲存、輸送和催化等領域有著極大的發展潛力。然而，控制成核、取向生長和穩定性的侷限性極大地阻礙了這些多組分體系的發展。在這篇工作中，研究者觀察到了從MOF納米纖維到球晶超結構的層級演化。在偏振光下，這些超結構顯現出典型的球晶“馬耳他十字”消光圖案，這是首次在多孔材料中觀察到該消光現象。此外，研究者通過使用混合溶劑方法調整了MOF的演化動力學，得到了具有豐富多級組裝的形態。這種多級組裝還可以實現MOF球晶的同框架擴張和多組分結合。這項工作提供了將多孔微晶修飾成為複雜的超結構的新途徑，有望將其應用於催化以及客體運輸等領域。4. Chem. Sci.：MOF四級超結構的晶種誘導演化
2020年1月，Chemical Science 在線發表了周宏才教授團隊關於MOF四級超結構晶種誘導演化的最新研究成果（Chem. Sci., 2020, 11, 1643-1648）。多級結構在自然和人造世界中被廣泛觀察到，並在化學和材料科學中得到了深入的探索。類似於蛋白質中的一級、二級、三級和四級結構，MOF超結構中也能實現這樣多層級的結構變化。在這項工作中，研究者基於晶種生長的方法，對MOF超結構的形貌演化進行了系統研究，並將多個模塊化MOF單元組裝成具有更為複雜多樣的超結構。例如，研究者以MOF-74-III球晶作為晶種，加入不同長度的有機配體，獲得了多種四級結構。所得到的四級結構是由多個具有不同形貌的MOF單元組合而成，據目前所知，這也是第一例利用MOF三級超結構做為晶種生長的報道。這種合成方法不僅提供了一種在多孔材料中建立多級結構的簡便方法，還可以通過在MOF晶種上進行二次生長來製造多尺度異質結構。
5. Trends Chem.：卟啉框架材料及其催化應用
2020年2月，Trends in Chemistry上線了周宏才教授團隊關於卟啉框架材料的最新綜述與展望（Trends Chem.,
2020, DOI: 10.1016/j.trechm.2020.01.003）。卟啉是一種自然界中的常見化合物，並且在許多生物過程中起著至關重要的作用，包括光合作用、氧氣運輸和催化轉化。卟啉單元具有剛性、穩定和多功能的特點，因此可以構建框架化合物，例如MOF和共價有機框架（COF），實現多種重要應用。這篇綜述總結了具有不同連接數的卟啉配體、這些配體組裝所得的框架材料以及卟啉配體設計中的關鍵因素。此外，該綜述還重點介紹了這些卟啉框架化合物作為路易斯酸催化劑、氧化催化劑、光催化劑和電催化劑等新興催化應用。總而言之，該綜述是對卟啉配體設計和框架化合物合成的最新成果的及時總結，並對多功能卟啉框架化合物在催化中的應用有著指導意義。6. J. Am. Chem. Soc.：框架化學中的模塊化全合成
2020年1月，Journal of the American Chemical Society 在線發表了周宏才教授團隊關於框架化學中模塊化全合成的最新研究成果（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 3069-3076）。在有機全合成中，模塊化的思想通過改變模塊和鏈接順序，協助研究者合成了許多複雜的目標分子。然而，這種方法受限於基於共價鍵的分子化合物的合成。在這項工作中，研究者將模塊化合成的概念擴展到框架材料中，從而在框架化學中將金屬和共價有機框架（MOF和COF）分級連接，這種組裝順序是由配位鍵或共價鍵的強度決定的。這種模塊化合成的策略可以將簡單的結構單元逐步鏈接成為複雜的超結構，最終獲得了具備不同模塊序列的一系列多層級COF-on-MOF結構。研究者在這些框架材料中成功地實現了空間分佈、組成和功能的高度可控性。據目前所知，這是第一例關於COF@MOF複合材料合成的報導，也是可控COF空間排列的是首次報道。這種通用的模塊化策略不僅可以通過MOF和COF的多級組裝來助力多組分框架材料的發現，由於無機或有機構築單元的多樣性，還可以提供可預測的逆向合成路線，從而獲得具有高度可控性的智能材料。
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