多孔氢键有机框架(HOFs):现状与挑战

氢键有机框架（HOFs）已经发展成为一类独特的晶态多孔材料,它一般是由有机或金属-有机构建单元通过分子间的氢键相互连接而形成的框架材料.由于氢键强度弱和柔性强,因此大部分HOFs的框架都比较容易坍塌.然而,通过合理地选择刚性且具有特定几何构型的构建单元、引入穿插或π-π作用和静电作用等其它分子间的作用力,稳定且多孔的HOFs也逐渐地被制备出来.与其它含有机组分的晶态多孔材料如金属-有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）相比,HOFs具有自己的特点,例如：温和的合成条件、高度的结晶性、溶剂加工性、容易修复和再生等.HOFs的这些特点能够使其成为一类独特的功能多孔材料.本综述主要概述了稳定且多孔HOFs设计的一些基本原则,系统总结了构筑HOFs常用的超分子合成子以及脚手架,重点综述了近十年HOFs在气体吸附与分离、质子传导、异相催化、荧光和传感、生物应用、对映体拆分和芳香化合物的分离、环境污染物去除和有机结构测定等领域的重要进展.     

八面体纳米笼构筑的金属-有机框架化合物

利用半刚性的三足羧酸配体1,3,5-tris[3-(carboxyphenyl)oxamethyl]-2,4,6-trimethylbenzene acid (H₃TBTC)与金属离子自组装成功合成了两例八面体纳米笼构建的金属-有机框架化合物: {[Zn₃TBTC₂(DMA)(H₂O)]·3DMA·3H₂O}_n (1), {[Cd₃TBTC₂(DMA)₂(H₂O)₂]·2DMA·2H₂O}_n (2). TBTC^3-配体在化合物中呈现出cis,cis,cis-和cis,trans,trans-两种构型. cis,cis,cis-构型的TBTC^3-配体与Zn₃(COO)₆次级结构基元(secondary building units, SBUs)构筑了畸变的八面体金属-有机纳米笼, 因而化合物的结构可以看成是八面体金属-有机纳米笼作为超分子构建单元(supramolecular building blocks, SBBs), 在空间上与cis,trans,trans-构型的配体相连, 最终形成具有(3,18)-连接的三维无限网络. 荧光测试结果表明, 化合物1～2的荧光都是基于配体的发射. 相对于配体的发射光谱, 化合物1～2的发射光谱展现出蓝移的现象. 气体吸附测试结果表明, 化合物1～2具有选择性吸附二氧化碳的能力.