MOF/COF的开创者和奠基人Omar M. Yaghi教授2020年工作总结

本文合成了酯连接、结晶性、多孔的共价有机骨架（COFs），并对其结构进行了表征。二硫代2-吡啶基芳香羧酸酯（ditopic 2-pyridinyl aromatic carboxylates）与三元或四元酚的酯交换反应得到了相应的酯连接的COFs。它们在kgm（COF-119）和hcb（COF-120、121、122）拓扑中结晶为二维结构，比表面积高达2092 m2/g。值得注意的是，结晶性COF-122包含超过10个亚苯基单元的边，这一方面仅在金属有机框架中实现。这项工作扩大了网状化学的范围，首次报道了与普通聚酯相关的结晶性酯连接的COF。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07015

3. J. Am. Chem. Soc.：通过构象设计选择性结晶形成三维共价有机骨架

本文提出了一种策略，即通过构筑单元的构象设计，在将三角形和正方形连接到fjh拓扑结构的基础上，选择性地形成亚胺的共价有机框架（COFs）。将1,3,5-三甲基-2,4,6-三（4-甲酰基苯基）苯（TTFB，三角形）和1,1,2,2-四（4-氨基苯基）乙烯（ETTA，正方形）网状形成[(TTFB)4(ETTA)3]imine，称为COF-790，通过光谱、显微镜和X射线衍射技术对其进行了全面的表征。COF-790具有永久性孔隙，Brunauer–Emmett–Teller（BET）表面积为2650 m2 g–1。以晶体形式形成这种COF的关键是预先设计好的三角形和正方形单元的构象，以提供75-90°范围内的二面角，没有这些构象，反应会形成非晶态产物。作者还报告了基于其他方形构筑单元的COF-790、COF-791和COF-792两种等网状形式的合成和表征，从而证明了该策略的多功能性。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11064

4. J. Am. Chem. Soc.：一种含有空心方格网拓扑结构的多孔共价有机骨架用于大气集水

大气水分是一种无处不在的水资源，在任何时间、任何地点都可以获得，因此开发从空气中收集水的材料以解决迫在眉睫的缺水危机具有重要的吸引力。在这种背景下，作者一直在探索共价有机框架（COFs）在集水方面的适用性，并在此报告了一种新的多孔的二维亚胺连接COF，它具有一种空心的方形网格拓扑，称为COF-432。与其他报告的COF不同，COF-432符合从空气中收集水的要求，因为它在低相对湿度下表现出一个陡峭的孔隙填充步骤的S形吸水等温线，并且没有能量高效吸收和释放水所必需的迟滞特性。此外，它可以在超低温下再生，并表现出优异的水解稳定性，这一点在300次水吸附-解吸循环后仍能保持其工作能力的实验中得到了证明。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13094

5. J. Am. Chem. Soc.：用亚胺键和酰亚胺键将一维条带形成二维共价有机骨架

从大分子甚至无限大的建筑单元中设计和合成二维和三维晶体共价有机框架（COFs）的研究还处于起步阶段。在这里，作者报告了一种将分子和1D条带连接到2D结晶性骨架中的策略。三角形（三（4-氨基苯基）胺（TAA））和正方形（1,3,6,8-四（对甲酰苯基）芘（TFPPy））这两种有机构筑单元通过化学计量进行连接，产生1D条带，称为COF-76，其中含有游离胺，可以用于将条带连接到二维框架COF-77和COF-78中。除此之外，作者还展示了这些COF的原位合成。作者相信能够将无限的构建块（如COF-76的带状物）连接到更高维的COF中，这为构建由层次化学结构组成的共价框架铺平了道路。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b13971

1. Science：多元金属有机框架中金属的序列分析

作者绘制了多元MOF-74中金属氧化物棒晶体内的金属序列图，其中含有钴（Co）、镉（Cd）、铅（Pb）和锰（Mn）的混合组合。这些晶体的原子探针层析成像揭示了金属离子的非均匀空间序列的存在，具体取决于所使用的金属和合成温度，将其形成为随机的（Co，Cd，120°C），短的重复（Co，Cd，85°C），长的重复（Co，Pb，85°C）和插入（Co，Mn，85°C）。对于每种序列类型，检查了三种晶体，观察到所有12个样品中Co的摩尔分数在0.4到0.9之间变化，而序列类型没有改变。与金属氧化物相比，金属有机骨架对棒中不同金属尺寸的共存具有较高的耐受性，因此具有多种金属序列。

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/369/6504/674

2. ACS Cent. Sci.展望：随时随地从空气中收集水的金属有机框架

水对生命是必不可少的。据估计，到2050年，世界上将近一半的人口将生活在缺水地区，原因是干旱或缺乏清洁用水。这篇写给广大读者的展望，概述了这一令人烦恼的社会问题的参数，并提出了解决全球水资源挑战的办法。空气中有大量的水，这些水不仅可以从湿度低的沙漠大气中获得，而且可以从世界上需要清洁水的更潮湿地区获得。原则上，在这些气候条件下用于从空气中获取水的材料应适用于在世界任何地方部署，以便在一年中的任何时候提取大气中的水。金属有机骨架（MOF）是一种独特的多孔材料，能够在低至10%的相对湿度下捕获水，并且具有易于吸收和释放的动力学特性。从实验室测试到在最干燥的沙漠中的实地试验，千克量的MOF已经在几代设备中进行了测试。这些实验的初步结果表明，MOF可以从沙漠气候中捕获水，每天每公斤MOF可输送超过1升。如果将MOF系列的成员用于每天运行许多次的电气化设备中，则MOF系列成员的水生产率可以提高一个数量级以上。作者表明，在一年中任何时候、在世界任何地方从空气中获取清洁水的愿景是可能实现的，从而世界公民获得“水独立”的想法也可能实现。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.0c00678

3. Adv. Funct. Mater.综述：金属有机框架的孔化学

金属有机骨架（MOF）中的孔可以通过沿骨架和骨架内放置化学实体来实现功能化。框架的结构、热和化学稳定性以及通过许多衍射和光谱技术对其进行表征的能力使这种化学成为可能。MOFs的孔化学表现为位点隔离、耦合和协同作用，并与它们在客体识别、催化、离子和电子传递、能量传递、孔隙动态调节和界面构建等方面的功能有关。据设想，孔化学的最终控制要求将功能性排列成规定的序列，并开发在孔隙中读写这些序列的技术。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000238

4. Angew. Chem. Int. Ed.：Cu（I）和Ag（I）在金属有机骨架中的对接以实现吸附和分离氙

作者提出一种金属对接策略，利用有机支撑物的精确空间排列作为MOF中的金属螯合位点。沿着在MOF-303[Al(OH)(C5H2O4N2)]中的棒状Al-O二级结构单元分布的相邻吡唑二羧酸酯连接基上的成对不协调N原子，用于原子精度的螯合Cu（I）和Ag（I），并产生了金属化的Cu-和Ag-MOF-303化合物[(CuCl)0.50‐Al(OH)(C5H2O4N2)和(AgNO3)0.49‐Al(OH)(C5H2O4N2)]。使用3D电子衍射和扩展X射线吸收精细结构光谱技术检查了Cu（I）和Ag（I）的配位构型。所得的金属化MOF的孔径与Xe的大小匹配，因此可以高容量和高选择性地结合Xe/Kr混合物中的Xe。尤其的是，Ag-MOF-303在298 K和0.2 bar下表现出59 cm3 cm-3的Xe捕获，选择性为10.4，使其成为性能最高的MOF之一。与原始的MOF-303相比，它的动态分离性能也提高了100％。这种金属化策略代表了工程MOF进行高性能气体分离的新策略。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015262

5. Nat. Nanotech.综述：MOF集水器

为了有效解决全球水资源短缺危机，必须开发更多的淡水生产方法。在这方面，提取普遍存在的大气水分是一项强有力的战略，允许分散获取饮用水。如果在大气水发生器中集成适当的吸附剂，则该方法的能源需求以及时间和空间限制可以大大降低。最近，金属有机框架（MOF）已成功地用作吸附剂，用于从空气中收集水，即使在沙漠环境中，大气中的水也是可行的。本文综述了近年来国内外在空气中提取水的MOFs的发展和采用MOFs的大气水采集器设计方面的最新进展。此外，还概述了这一新兴领域的未来发展方向，包括材料和器件的改进。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0673-x

1. Nat. Rev. Mater.综述：各向异性网状化学

网状化学一直致力于制造简单的结构，在这些结构中，一些组分被连接起来，形成金属有机框架（MOF）等晶体。虽然这种化学已经发展成为一个大的领域，但通过在MOFs的组分中引入多样性和变异性，一个更广泛、更具吸引力的领域正在出现。当MOF骨架网络由两种以上的元件组成时，所产生的骨架网络多重性是这些元件的规则重复。然而，当变化涉及有机连接物的多重功能化或含有金属的建筑基元的多重金属化时，它会导致这些变化的非周期性空间排列，而不会改变MOF主干的规则性。这种差异由功能或金属的独特序列表示，并且它们的空间排列的非周期性性质引起各向异性。这些MOF结构代表了一种新的物质形式，其中这些单元的序列与有序的主链相连，从而增加了原本简单的系统的复杂性，同时保持了其整体的结晶性。值得注意的是，当一个具有连续或多态各向异性运动能力的分子整合到MOF的序列中时，其产生的特性超出了简单系统中的可能。我们将这一新兴领域称为“各向异性网状化学”。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41578-020-0225-x

2. Chem综述：数字网状化学

网状化学在组成，结构，特性和应用的无限空间中运作。尽管通过开发金属有机框架和共价有机框架在探索该空间方面已取得了巨大进展，但在作者认为可能的范围与使用当前工具和方法可以实际完成的范围之间仍然存在差距。数字网状化学的建立，将在其中部署数字工具，尤其是实验室机器人和人工智能，将从根本上改变当前的工作流程，以发现未开发的化学空间并超越人类的能力极限。这样做最终可以更快，更好地解决网状化学的长期挑战，更重要的是，可以阐明在数字化之前无法想象的新问题。人与“机器”之间的界面是这一努力不可或缺的一部分，其质量对于发现超越知识和物理边界的科学至关重要。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420304186?via%3Dihu返回搜狐，查看更多