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Angew:由{Ni₆}节点组装而成的金属有机笼用于选择性CO₂还原发布时间:2025年5月20日 来源:西安交通大学

金属有机笼(MOCs)作为一类新兴的多功能晶体材料,因其尺寸均匀、拓扑结构可调、具有特定的空腔以及在催化、吸附分离、分子识别等众多领域中的潜在应用而备受关注。采用多核金属簇而非单个金属离子作为次级结构单元,不仅增加了分子笼的多样性和复杂性,还保留了金属簇固有的独特性质。然而,已知的用于MOCs的基于团簇的节点非常有限,这不仅限制了结构多样性,也限制了金属节点带来的功能。因此,开发新型基于簇的节点对于合成功能分子笼至关重要。

西安交通大学郑彦臻教授(点击查看介绍)团队前期研究发现,2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑(Hmmt)是一种基于N和S原子的多齿有机配体,在构筑3d-4f异金属团簇时可以与3d金属结合,更重要的是,发现巨大的{Ni36Gd102}轮状结构在可见光下能有效地把CO2转化成CO。在此研究基础上,他们通过采用Hmmt作为一种新的封端配体合成了一个新颖的{Ni6}节点,其可进一步聚合成{Ni10},延伸成一维链{Ni6}n更引人注目的是,通过使用更长的双齿或三齿连接体,可以组装出离散的纳米笼:三棱柱形的MOC-18N(其中N代表镍),类四面体的MOC-24N和八面体的MOC-36N。基于{Ni6}节点的可控自组装探索为基于簇的MOCs的研究提供了重要范例。

 此外,由于活性翼状Ni(II)离子与溶剂分子的辅助配位,这些金属有机笼在可见光下能够有效地、选择性地将CO2转化为CO。它们的转换频率均大于3500 µmol·g−1·h−1,选择性高于90%。与先前报道的MOCs笼空间用于CO2还原的使用情况相比,性能要高得多,并且与大多数基于Ni(II)的简单配位化合物相比也颇具竞争力。

 作者通过瞬态吸收光谱确定了还原猝灭机制,进一步通过原位漫反射红外光谱(DRIFT-IR)识别到关键的反应中间体,结合理论计算揭示了配位团簇催化活性的差异。并提出催化循环机理,将整个催化过程分为五步。

小结

 在该工作中,郑彦臻教授团队开发了基于Hmmt配体的新型{Ni6}金属节点,成功构筑系列节点基金属有机笼。涉及{Ni6}节点的可控自组装探索不仅为基于簇的MOCs的发展提供了重要范例,还为设计新型MOC材料的节点功能开辟了新途径。

 这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是西安交通大学博士研究生吕曼停

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