修饰新法问世 让MOFs拥有更大孔径

MOFs是一种将桥接的有机配体和无机金属中心连接成网状结构的混合多孔材料，在催化和化学传感领域应用广泛，而且可以作为药物传递的载体。MOFs的孔径大小与其应用息息相关，如果化学家有方法能使其孔径变大，MOFs在上述领域就会发挥更大的作用。而一项最新研究表明，可以通过选择性地去除MOFs中的有机配体，来将其微孔转化为更大尺寸的介孔。

当孔径为大于2nm的介孔时，MOFs不仅可以容纳更大的药物分子，还能够防止催化应用中的气体扩散。现有增加MOFs孔径尺寸的方法主要有三种，一种是依赖于复杂的、定制的配体，这种方法成本高昂。另一种是通过简单地增加配体长度来调整孔径，这种方法虽然已有多种应用，但是使用这种方法，想在创造MOFs特定孔径尺寸的同时控制好某些反应附带衍生的缺陷，却是十分困难的。此外，还有一些使用化学或热处理手段增加MOFs孔径的方法，但这些方法往往又需要苛刻的条件。

为了解决这些问题，加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所的博士后研究员Vincent Guillerm提供了一种新方法，选择那些可通过与臭氧反应被选择性剪切掉的配体合成MOFs，通过这种方法来将MOFs的微孔变成孔径较大的介孔。他和他的同事用锆团簇和两种配体（偶氮苯-4,4-二羧酸和4,4'-二苯乙烯二羧酸）构建了MOFs，这两种配体的长度都在1.33nm左右。

然后他们将臭氧引入系统，与4,4'-二苯乙烯二羧酸发生反应，让这部分配体转化为对苯二甲酸和苯甲酸，有效地切断了它们与金属中心的连接。而偶氮苯-4,4-二羧酸配体由于没有碳碳双键，不易与臭氧反应，因此不受影响。这种方法还需要一个额外的清洗步骤，来消除臭氧反应中产生的副产品。因此研究人员又还利用4,4’-联苯二甲酸和1,4-苯二丙烯酸为配体构建了另一个介孔尺寸的MOF。在这个MOF中，臭氧反应裂解的配体产物能够从材料中直接升华，无需再清洗。

据参与该项研究的另一位负责人Daniel Maspoch介绍，在切割配体之前，本实验所用的MOFs孔径尺寸都在1.5nm左右。经过臭氧切割，这些MOFs的孔径覆盖了2到5nm的直径范围。而不同的孔径尺寸，是由于两种配体在整个材料中的随机分布引起的。因为随机分布会造成不同区域的配体浓度差，进而影响孔径变化范围。因此，研究组希望能更好地控制这种分布，以帮助他们缩小孔径增大的范围。

除了扩大孔径尺寸外，这项研究成果还会带来另一个潜在的好处：配体在被剪切的过程中，可能会释放出一些可与其他化学物质发生反应的结合位点。“这很可能对MOFs以外的工程材料来带益处。”Maspoch说，“如果你能够有选择性地打破物体内部的一些化学键，你就能让这一物体生发出一些新的功能。”

加州大学伯克利分校的Omar M.Yaghi是MOFs的专家。他高度肯定了这项研究成果，表示它为改善MOFs性能增添了新的创造性。“这项研究优雅、聪睿、精确，而且证明了在原子、分子层面，网状化学控制物质的应用已经越来越广泛。”Yaghi说。