金屬-有機框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）具有高度可設計的框架和微孔結構，在多種先進功能材料的研發(fā)中倍受關注。在手性物種識別方面，手性金屬-有機框架展現(xiàn)出獨特的合成與傳感性質優(yōu)勢；在能量儲存與轉化方面，基于其獨特的微孔結構和能級結構，MOFs已經(jīng)在鋰離子電池和光催化劑等領域展現(xiàn)了重要的應用前景，有超越傳統(tǒng)體系的潛力。

本文摘錄了南開大學化學學院師唯教授課題組近期關于金屬-有機框架的部分研究成果。

01

J. Am. Chem. Soc.：氣固反應快速構建手性MOF，實現(xiàn)高效對映選擇性傳感

本文報道了一種無模板、無溶劑的氣固相反應新策略，可快速制備兩種分級手性孔結構的MOFs材料，CMOF-T和CMOF-S。該方法能使得手性前驅體100%嵌入框架結構，同步構建多級孔道并保留材料優(yōu)異的結構穩(wěn)定性。CMOF-S對多種手性藥物及其中間體展現(xiàn)出超高對映選擇性，且響應速度極快。機理研究表明，這兩例手性金屬-有機框架中定制化的光物理過程決定了其傳感性能，而對映選擇性則源于合成時在框架內(nèi)引入的化學物種與目標對映異構體之間高度特異性的主客體相互作用。

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Adv. Mater.：金屬-有機框架宿主孔道中的強路易斯酸效應助力無枝晶鋰沉積與脫嵌

本文提出將負載有均勻分布、含不飽和路易斯酸位點的AlFx物種的經(jīng)典柔性金屬-有機框架材料MIL-101，用作鋰金屬負極的三維宿主，以加速鋰金屬電池中鋰離子的解離與去溶劑化。采用預沉積鋰的AlFx@MIL-101/Cu電極組裝的對稱電池，可穩(wěn)定循環(huán)超過3600小時；搭配高負載磷酸鐵鋰正極的全電池，在1 C倍率下循環(huán)4000次后仍保持高容量，平均庫倫效率高達99.87%。機理研究表明，具有強路易斯酸性的AlFx物種，結合MIL-101的納米空間限域效應，協(xié)同促進了鋰離子的解離與去溶劑化，同時實現(xiàn)了鋰離子的快速、均勻傳輸；MIL-101的孔道結構可容納鋰沉積物種，從而有效抑制鋰金屬負極的體積膨脹。該工作指出了AlFx@MIL-101能夠使得鋰在負極表面實現(xiàn)均勻無枝晶沉積，是構建高穩(wěn)定性鋰金屬電池極具潛力的宿主材料。

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Adv. Mater.：在三金屬-有機框架中均勻組織光敏和光熱單位點，以實現(xiàn)高效的光催化析氫

本文以一例三金屬的金屬-有機框架為基礎，在分子水平上均勻分散了光敏性Cd-S單原子位點與光熱Ni-S單原子位點。優(yōu)化的Ho?-Cd?.??Ni?.??-NS材料，在可見光照射下展現(xiàn)出40.06 mmol g?1 h?1的超高光催化析氫速率。系統(tǒng)的機理研究表明，均勻分布的光敏與光熱單原子位點產(chǎn)生協(xié)同效應，構建了光生電子高效傳輸?shù)某掏ǖ?，顯著抑制了光生載流子的復合，從而大幅提升了析氫活性。

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Nano Lett.：缺陷調制金屬-有機框架納米通道用于無枝晶鋰金屬電池準固態(tài)電解質

本文提出一種針對MOF材料的分子缺陷合成策略，可在引入鋰離子跳躍位點的同時擴大納米通道尺寸，用于制備高性能準固態(tài)電解質（QSSEs）。與無缺陷的Li@UiO-66基準固態(tài)電解質相比，含有缺陷結構的Li@UiO-66-D2基準固態(tài)電解質的鋰離子電導率提升了343%，鋰離子傳輸?shù)倪x擇性也得到改善。機理研究表明，鋰離子跳躍位點與納米通道的尺寸對鋰離子的傳輸均具有重要影響，揭示了分子缺陷策略在提升MOF基準固態(tài)電解質整體鋰離子傳輸性能方面的關鍵作用。

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Angew：光產(chǎn)生的自由基對超穩(wěn)定二維金屬-有機組裝體中高效太陽能熱轉換的影響

本文報道了一種可產(chǎn)生光生自由基的超穩(wěn)定鈷(II)-有機組裝體NKU-123，展現(xiàn)出卓越的光熱轉換效率和優(yōu)異的結構穩(wěn)定性。在808 nm激光照射下，NKU-123的溫度可在6秒內(nèi)從25.5 ℃快速升至215.1 ℃。在1個標準太陽光照下，該材料的純水蒸發(fā)速率可達1.442 kg m?2 h?1，蒸發(fā)效率高達97.8%；海水蒸發(fā)速率為1.299 kg m?2 h?1，蒸發(fā)效率達87.9%。機理研究表明，光生自由基的形成提高了NKU-123的自旋密度，從而顯著增強了光熱效應。

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CCS Chem.：二維配位網(wǎng)絡中有序的親鋰冠醚位點實現(xiàn)無枝晶鋰沉積

本文提出將負載有均勻分布、含不飽和路易斯酸位點的AlFx物種的經(jīng)典柔性金屬-有機框架材料MIL-101，用作鋰金屬負極的三維宿主，以加速鋰金屬電池中鋰離子的解離與去溶劑化。采用預沉積鋰的AlFx@MIL-101/Cu電極組裝的對稱電池，可穩(wěn)定循環(huán)超過3600小時；搭配高負載磷酸鐵鋰正極的全電池，在1 C倍率下循環(huán)4000次后仍保持高容量，平均庫倫效率高達99.87%。機理研究表明，具有強路易斯酸性的AlFx物種，結合MIL-101的納米空間限域效應，協(xié)同促進了鋰離子的解離與去溶劑化，同時實現(xiàn)了鋰離子的快速、均勻傳輸；MIL-101的孔道結構可容納鋰沉積物種，從而有效抑制鋰金屬負極的體積膨脹。該工作指出了AlFx@MIL-101能夠使得鋰在負極表面實現(xiàn)均勻無枝晶沉積，是構建高穩(wěn)定性鋰金屬電池極具潛力的宿主材料。

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Acc. Chem. Res.：手性金屬-有機框架的間接構建及其對映選擇性發(fā)光傳感

本文深入討論了針對對映選擇性傳感應用量身定制的手性MOF的間接合成策略。詳細分析了該領域的進展和創(chuàng)新，追蹤了基于MOF的對映選擇性發(fā)光傳感材料的發(fā)展。通過系統(tǒng)地回顧各種合成方法，突出了它們各自的優(yōu)勢和局限性。本文還對手性MOFs的研究進行了展望，旨在促進下一代手性發(fā)光MOF的設計和開發(fā)。

樂研-南開產(chǎn)學研合作產(chǎn)品

師唯

教授，博士生導師，國家優(yōu)秀青年基金獲得者

1997.9-2001.6，南開大學化學系，本科；2001.9-2006.6，南開大學化學學院，博士研究生；2006.12-2015.12，南開大學化學學院，副教授；2014.2-2015.2，加州大學伯克利分校，訪問學者；2015.12-今，南開大學化學學院，教授，博導。

研究領域：

金屬-有機框架、配位聚合物、熒光探針、能源存儲與轉換材料、分子磁性材料。

獲獎記錄：

2013年入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”；2015年入選天津市高?！?31”創(chuàng)新型人才第二層次；2015年入選南開大學“百名青年學科帶頭人培養(yǎng)計劃”；2016年獲得基金委“優(yōu)秀青年科學基金”；2017年度天津市自然科學一等獎，“功能導向金屬-有機框架的設計、合成與性質研究”，第三完成人；2018年獲得英國皇家學會“NewtonAdvanced Fellowship”；2018年入選天津市中青年科技創(chuàng)新領軍人才；2018年獲得天津市杰出青年科學基金資助。

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