金屬有機框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）由于具有極高的比表面積和孔體積，且其孔結構和表面性質均可設計和修飾，在H2、CH4和CO2等能源環境相關氣體存儲分離、催化等方面具有誘人的廣泛應用前景。因此，MOFs作為氣體存儲分離和催化材料的研究備受關注，目前已成為配位化學和材料科學領域的一個重要研究熱點。
框架結構穩定性、孔隙率和框架-客體分子相互作用是影響MOFs氣體存儲分離、催化性能優劣的三個最主要因素。為獲得新型高性能儲氣分離MOFs材料，我院鄭柏樹副教授研究小組一直緻力于将酰胺基、草酰胺基等極性橋連功能基修飾到孔結構穩定的高孔性MOFs材料中，利用該類極性橋連功能基作為框架結構拓展單元和強CO2等客體分子作用位點的雙重作用，實現對材料的比表面積和CO2等氣體存儲分離性能的極大提高（ Inorg . Chem ., 2013, 52 , 2823; Cryst. Growth Des. , 2013, 13 , 5001; Dalton Trans ., 2013, 42 , 11304 ; CrystEngComm , 2013, 16 , 3517; 2014, 16, 9586; 2014, 16 , 5520; 2018, 20 , 1874; Chem. Commun. , 2016, 52 , 12988; Eur . J . Inorg . Chem ., 2018, 1309）。最近，研究小組利用一個具有納米尺寸的、酰胺基橋連、含吡啶配位點的高對稱性四酸配體與Cu(II)-paddlewheel無機次級構築單元配位，得到了一個高比表面積（BET 表面積: 3087 m2 g-1）的MOF材料HNUST-8（HNUST = Hunan University of Science and Technology）。可能歸因于框架結構的自穿插和節點數提高的5-連接 Cu(II)-paddlewheel無機次級構築單元，HNUST-8具有很好的水穩定性：合成的樣品在pH=3~10的水溶液中浸泡幾天後其框架結構和孔性均能保持不變。單組分氣體吸附-脫附和多組分氣體動态突破（Breakthrough）實驗表明，HNUST-8在室溫下具有優良的CO2、CH4氣體吸附存儲與分離能力。此外，由于框架結構中同時存在路易斯酸位點（不飽和銅配位點）和路易斯堿位點（酰胺基），HNUST-8還表現出優異的deacetalization-Knoevenagel 縮合反應催化性能。該工作為以後設計合成具有高水穩定性、優良氣體存儲分離與催化性能的MOFs材料提供了一個新思路，相關研究成果已發表在 Inorg. Chem. Front. , 2018, 5, 2355-2363。
Fig. 1 Crystal structure, gas storage and separation of HNUST-8 at 298 K.
這是鄭柏樹副教授研究小組近年來與南京大學白俊峰教授，揚州大學劉文龍教授、南京工業大學段金貴副教授和安徽師範大學雲瑞瑞副教授等課題組在MOFs方面通力合作和深入研究基礎上取得的新進展。這一工作同時得到了國家自然科學基金、湖南省自然學科基金和南京大學配位化學國家重點實驗室開放基金的經費支持。
該論文為：Baishu Zheng, Xin Luo, Zhaoxu Wang,* Shaowei Zhang, Ruirui Yun,* Lu Huang, Wenjiang Zeng and Wenlong Liu*, An unprecedentedly water stable acylamide-functionalized metal-organic framework for highly efficient CH4/CO2 gas storage/separation and acid-base cooperative catalytic activity, Inorg. Chem. Front. , 2018, 5, 2355-2363.
