最新Chem: Zr-MOPs的网状化学拓扑引导

01 全文速览

该研究发现在金属-有机框架中取得显著成功的网状化学可以扩展到Zr基金属-有机多面体(MOPs)，这是一种从金属-有机材料中出现的新型多孔平台。在有机配体和阴离子簇组合的指导下，可以缩小在固体中封装的MOPs拓扑的可能选择。本文提出的网状拓扑表将加速发现新型功能的Zr基MOPs，为网状化学带来新的视野。

02 研究背景

网状化学是金属有机框架(MOFs)取得巨大成功的主要驱动力，这是一种由有机和无机构件组装而成的高度可定制的材料平台。网状化学的概念相当简单而有力。通过强配位键将这两个不同的构件连接起来，可以控制固态的整体拓扑结构，这为(1)明智的设计策略，(2)在可预测的拓扑中合成MOFs，以及(3) 利用等网状MOF系列优化系统性能开辟了新的机会。

该研究设想将网状化学扩展到由许多不同的相互作用(如氢键和静电相互作用)构建的分子固体中。为此确定了金属有机材料的一个新的亚类，其中网状化学的原理可以应用，尽管缺乏强配位键。基于Zr的金属有机多面体(MOPs)就是这样的例子，它们是这一观点的中心话题。

MOPs本质上是笼型化合物。在典型MOPs中发现的笼间相互作用(如p-p相互作用或氢键)通常比MOFs和COFs中的笼间相互作用要弱得多。与其他典型的MOP系列不同，等网状的Zr基MOPs可以由不同的有机配体组装。此外，这些MOPs足够坚固，在固体状态下显示永久孔隙，但在某些溶剂中是可溶的。这些在扩展框架(如MOFs和COFs)中普遍观察到的非凡特性，激励我们进一步研究Zr基MOPs的固态封装。

从这个角度出发，该研究利用网状化学的概念来理解Zr基MOPs的固体填充。由于具有刚性的构建块(即分子笼)和明确定义的笼间相互作用，MOPs的堆积结构可以被解码为其底层拓扑，揭示出许多边传递网。该研究期待Zr基MOPs的网状化学结构将为未来MOPs的构建提供蓝图，激发与所研究的和类似的令人兴奋的MOP系列相关的独特应用。 

03 图文速读

图1. 基于Zr的笼子作为分子构建块 

图2. 基于Zr四面体笼的拓扑组装

图3. 阴离子团簇的结构

图4. 报告的基于Zr的MOPs及其底层拓扑的汇总

图5. 发现基于Zr的MOPs未来拓扑的流程图

图6.基于Zr的MOPs的逆向拓扑方法(RTA)

图7. 基于Zr的MOPs的网状表格

图8. Zr基MOPs可选择的双重功能

图9.将拓扑方法扩展到其他类型的笼形框架

04 总结

网状化学已广泛应用于具有强键的框架，如MOFs和COFs。研究者建议扩展网状化学的范围，对Zr基MOPs进行了深入的案例研究，揭示了网状化学是如何参与笼式组装的，并展示了如何利用拓扑结构来发现假设结构。研究发现网状家族、MOFs、COFs和基于Zr的MOPs之间的共同特性(或需求)。它们是(1)刚性的积木，(2)定向排列相互作用，(3)定义明确的几何形状以及积木的连通性。研究者们希望，如果系统满足上述要求，拓扑方法可以扩展到其他类型的笼型框架。研究者们进一步研究了金属载体和多孔有机笼的填充体系，它们各自的组件依赖于氢键相互作用和手性识别。根据它们的方向相互作用，可以识别笼的几何形状和连通性。因此，dia和lon网被确定为它们的底层拓扑。我们相信，解码包装结构的拓扑洞察力为丰富与笼基框架相关的网状化学技能开辟了新的途径。