第一作者: 王志爍  

通訊作者: 周東東、張杰鵬

通訊單位: 中山大學

論文網(wǎng)址: https://doi.org/10.1021/jacs.5c12200   (點擊文末「閱讀原文」，直達鏈接)

作者介紹

周東東: 中山大學教授，博士生導(dǎo)師，2016年畢業(yè)于中山大學獲博士學位；后以特聘副研究員身份在陳小明院士/張杰鵬教授團隊開展科研工作；2019年起任中山大學化學學院副教授、教授、博士生導(dǎo)師；目前研究興趣為動態(tài)/柔性多孔材料及其在吸附分離、催化等方面的應(yīng)用；參與編纂專著兩部，已發(fā)表學術(shù)論文80余篇，H指數(shù)30，其中以第一/通訊作者在Nat. Mater.、Sci. Adv.、JACS(4篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(3篇)、CCS Chem.等國內(nèi)外知名期刊上發(fā)表論文30多篇；主持國自然面上(2項)等項目；獲聘廣東省高層次人才特支計劃青年學者；入選英國皇家化學會J. Mater. Chem. A、Chem. Commun.新銳科學家、美國化學會Cryst. Growth Des.新銳科學家；擔任SmartMat和Chin. J. Struct. Chem.期刊青年編委。

張杰鵬: 中山大學教授，博士生導(dǎo)師，2005年畢業(yè)于中山大學獲博士學位，2005?2007年在日本京都大學從事博士后工作，2007年至今在中山大學化學學院工作，歷任副教授、教授、博士生導(dǎo)師；從事配位聚合物等分子基晶態(tài)多孔材料的設(shè)計合成與功能研究，在Science、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Chem、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上發(fā)表論文180多篇，H指數(shù)76。2011年獲中國化學會青年化學獎，2012年獲國家杰出青年科學基金，2015年入選長江學者特聘教授，2016年獲政府特殊津貼，2019年獲中國青年科技獎和廣東省自然科學獎一等獎(第一完成人)，2020年獲科學探索獎，并多次入選全球高被引科學家名錄。

全文速覽

中山大學張杰鵬/周東東等人最近報道了一種基于Al(III)鹽或Al(OH)₃與低成本/低毒性的最簡單芳香酸(苯甲酸)的新型超疏水PCP，即[Al(OH)(ba)₂](MCF-66，Hba為苯甲酸)。MCF-66不僅能夠以低成本和低毒性的原料通過簡單環(huán)保的方法合成，還兼具高穩(wěn)定性、獨特的結(jié)構(gòu)柔性、多孔性、吸附分離性能以及超疏水性。此外，該材料還可以直接生長到鋁網(wǎng)表面，實現(xiàn)高效油水分離。

背景介紹

超疏水材料在油水分離、自清潔、防結(jié)冰和防腐蝕等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，但其制備通常需依賴價格昂貴的原料(如含氟聚合物)和/或復(fù)雜工藝(如激光刻蝕和氣相沉積)，且還存在潛在的環(huán)境風險。

多孔配位聚合物(PCP，或稱金屬有機框架MOF)因其結(jié)構(gòu)多樣性、可設(shè)計性和結(jié)構(gòu)柔性等特點，在眾多領(lǐng)域引發(fā)廣泛的研究興趣。例如，通過合理選擇分子構(gòu)建單元可調(diào)控PCP的親/疏水性。然而目前報道的超疏水PCP仍非常有限，而且其中大多需通過長烷基鏈、氟烷基或含芳香末端復(fù)雜配體進行功能化。近年來，基于低成本、低毒性原料合成高穩(wěn)定性PCP也日益受到重視，Al(III)-MCF(MCF為金屬羧酸根框架)便是其中的代表，但獲得適合單晶X射線衍射(SCXRD)測試的晶體極具挑戰(zhàn)性。

中山大學陳小明院士&張杰鵬教授團隊在MOF結(jié)構(gòu)設(shè)計、合成以及吸附分離方向開展了系列研究，除了提出了系列吸附分離機理/策略(Science 2017, 356, 1193; Nat. Mater. 2019, 18, 994; Nat. Mater. 2024, 23, 116; Nat. Commun. 2015, 6, 8697)，他們還在超疏水MOF的設(shè)計合成上取得過重要進展(Nat. Mater. 2019, 18, 994；Natl. Sci. Rev., 2021, 8, nwaa094)。

本文亮點

?? 設(shè)計合成首例基于Al(III)的一維PCP，它兼具超疏水性與微孔特性，拓展了超疏水多孔材料的類型。

?? 僅使用苯甲酸與Al(OH)₃等廉價原料(成本約1美元/公斤)，通過無溶劑、無添加劑的固相反應(yīng)即可合成，副產(chǎn)物僅為水。

圖文解析

 圖1. MCF-66的綠色合成

 圖2. MCF-66的結(jié)構(gòu)示意圖

(a)配位環(huán)境圖、(b)一維配位鏈、(c)沿孔道方向和(d)垂直孔道方向觀察的堆積結(jié)構(gòu)圖

圖3. 吸附分離性能

MCF-66在298 K下C₄烴類的 (a)吸附/脫附等溫線及其 (b)混合物穿透曲線

圖4. 理論計算模擬

MD模擬得到的液態(tài)水與MCF-66上各暴露晶面的相互作用。(a) MCF-66不同晶面附近的水濃度分布圖。(b,c,d) 水與MCF-66的(001)(b)、(010)(c)和(100) (d)晶面相互作用的快照。

研究意義與展望

MCF-66組分簡單，不僅能通過低成本的原料簡便高效地合成，還能在鋁網(wǎng)表面實現(xiàn)原位生長，從而適用于高效油水分離。這些研究結(jié)果將為低成本MOF的設(shè)計、合成與應(yīng)用提供重要啟發(fā)。