CPOS示意图及其对客体分子的依赖性。图片来源:Adv. Mater.[4] 近日,英国利物浦大学Andrew I. Cooper课题组与南安普顿大学Graeme M. Day课题组合作在Nature杂志上发表论文,利用“晶体结构预测”模拟计算,设计出不含金属的晶态多孔同构网状有机铵盐,节点由紧密堆积的离子团簇构成。通过预测阳离子和阴离子之间的相互作用以及多孔盐结构的热力学稳定性,确定了CPOS的孔道尺寸和功能应用等性质。一些多孔盐具有吸附客体分子(如碘)的能力,其吸附量超过了大多数MOFs,可以用于放射性碘的回收。这一策略可以进一步扩展,开发出一个高离子电荷密度和永久多孔性的CPOS框架家族。
逆向网格设计策略用于多孔盐骨架。图片来源:Nature 这三种有机分子都是三角形结构,通过简单地滴加无机酸,就可以制备出TAPT.Cl、TT.Br和TTBT.Cl三种有机盐。结晶后,高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线衍射(XRD)等表征都证实了晶体结构,三种晶体的孔径分别为7.9 Å × 4.6 Å(TAPT.Cl)、7.0 Å × 5.8 Å(TT.Br)和14.3 Å × 8.5 Å(TTBT.Cl),与预测相匹配,尤其是第一个有机盐,两外两个预测则略高。另外,溶剂占据了大部分的孔体积。
多孔有机盐可逆吸收碘。图片来源:Nature “这项工作开启了一系列可能性。我们的晶态多孔有机盐采用非金属阴离子作为节点,而不是像MOFs中采用的金属阳离子,寻找新材料的空间巨大”,利物浦大学Andrew Cooper教授说。“使用一种称为'晶体结构预测’的计算方法来指导这些材料的发现,使我们能够预先判断出哪些非金属盐将形成稳定的多孔框架,并在实验工作之前预测精确的晶体结构”,南安普顿大学Graeme Day教授补充道 [5]。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Porous isoreticular non-metal organic frameworksMegan O’Shaughnessy, Joseph Glover, Roohollah Hafizi, Mounib Barhi, Rob Clowes, Samantha Y. Chong, Stephen P. Argent, Graeme M. Day & Andrew I. CooperNature, 2024, 630, 102–108, DOI: 10.1038/s41586-024-07353-9 导师介绍Andrew I. Cooperhttps://www.x-mol.com/university/faculty/66099Graeme M. Dayhttps://www.x-mol.com/university/faculty/42301 参考文献:[1] Y. Liu, et al., Porous framework materials for energy & environment relevant applications: A systematic review. Green Energy Environ. 2024, 9, 217-310. DOI: 10.1016/j.gee.2022.12.010[2] V. A. Russell, et al., Layered Materials by Molecular Design: Structural Enforcement by Hydrogen Bonding in Guanidinium Alkane- and Arenesulfonates. J. Am. Chem. Soc.1994, 116, 1941-1952. DOI: 10.1021/ja00084a039[3] G. Xing, et al., Crystalline porous organic salts. Chem. Soc. Rev. 2024, 53, 1495-1513. DOI: 10.1039/D3CS00855J[4] S. Yu, et al., Crystalline Porous Organic Salts: From Micropore to Hierarchical Pores. Adv. Mater. 2020, 32, 2003270. DOI: 10.1002/adma.202003270[5] Liverpool and Southampton researchers design new metal-free porous framework materialshttps://news.liverpool.ac.uk/2024/05/22/liverpool-and-southampton-researchers-design-new-metal-free-porous-framework-materials/ (本文由小希供稿)