更新時間：2024-05-08 14:10:32作者：佚名
前沿科研成果
金屬有機骨架（MOF）材料因其獨特的性能在分離、吸附、催化、醫藥等領域受到研究者的廣泛關注。 MOF由金屬節點和有機配體自組裝而成，具有周期性晶體結構，被認為是一種柔性多孔材料。 然而，由于MOFs的組成單元極小以及有機配體對電子束的高度敏感性，研究人員尚未能夠直接觀察到MOFs中配體的靈活結構特征。
近日，清華大學化學工程系王鐵峰教授與陳曉助理研究員合作留學之路，通過集成微分相差掃描透射電子顯微鏡（iDPC）實現了UiO-66等典型MOF中Zr金屬節點和Zr金屬對的檢測。 -干）。 研究了鄰苯二甲酸（BDC）配體的原子尺度成像，以及不同配體取代基對 MOF 柔性的影響。
圖1. UiO-66中BDC配體的柔性成像示意圖（圖片來源：Nat..）
研究人員通過替換BDC中苯環上的取代基，合成了一系列結構相似的UiO-66-X（X=H、CH3、NH2、OH、F、Cl、Br）材料。 常規表征結果表明，該系列材料具有相同的晶體結構和表觀形貌，但在微觀層面，iDPC-STEM結構分析發現取代基的變化改變了BDC配體中苯環旋轉的性質。 ，使材料具有不同的局部柔韌性特性。 大多數取代基的加入增強了MOF的柔韌性，破壞了BDC配體中苯環與羧基的共軛結構，使苯環更容易旋轉。 UiO-66-OH和UiO-66-NH2表現出較高的剛性，分子內氫鍵進一步固定苯環，使BDC配體基本保持相同的取向。
圖 2. UiO-66-NH2 和 UiO-66-Br 的成像和模擬結果（圖片來源：Nat..）
研究發現，UiO-66-X的剛性與其CO2捕獲能力呈正相關取代基，這可歸因于剛性UiO-66-OH具有更均勻的孔隙結構。 取代基的變化不僅可以通過改變靜態性質（如電子結構、位阻效應）來影響宏觀性質，還可以通過調整動態性質來影響整體性質。
圖3.計算得到的苯環旋轉能與實驗信號半峰寬與材料CO2吸附量的關系（圖片來源：Nat..）
上述工作不僅展示了一種直觀觀察MOFs中配體靈活性的策略取代基，極大地補充了光譜研究中局部信息的缺乏，而且還提出了MOFs中配體的動態構型對宏觀性質的影響，提供了基礎以供未來小規模研究。 分子捕獲、氣體分離、分子馬達的研究提供了支持。
論文信息：
金屬上的-
劉曉陳*、黃寧、劉、王宇、蘭、斐偉、王*
納特。 .14, 4835 (2023)。
研究組簡介
王鐵峰教授課題組主要研究領域為清潔能源化學工程、多相催化與多相流反應器，包括新型反應器研究與技術開發、計算流體動力學（CFD）、群體平衡模型（PBM）、生物質催化轉化平臺化合物制化學品、選擇性加氫、天然氣等低碳烷烴非催化部分氧化制乙炔和乙烯、1,3-丙二醇的化學生產等。
該論文第一作者為清華大學2023級博士畢業生劉伯陽。 現任南京理工大學副教授。 他的研究興趣包括多相羰基化催化劑設計、MOF基催化劑表征和構效關系研究。 發表SCI論文20余篇。 論文，其中第一作者9篇，包括Chem、Nat.、ACS Catal.等。
教授簡介
王鐵峰，清華大學化學工程系主任、教授、博士生導師，國家“萬人計劃”科技創新領軍人才。 主要研究領域為清潔能源化學工程、多相流反應器和多相催化。 已負責項目30余個。 在Chem、ACS Catal.、AIChE J.、Nano Lett.、Chem.等期刊和學術會議上發表論文280余篇。 工程師。 2020-2022年發表SCI論文180余篇，申請發明專利40余項，連續三年入選愛思唯爾中國高被引科學家名單。 入選科技部中青年科技創新領軍人才、教育部新世紀優秀人才、北京市科技新星。 獲中國石化聯合會科學技術進步一等獎2項、化學工業學會科學技術進步特等獎1項、中國有色金屬工業科學技術獎一等獎1項、中國石化一等獎2項集團公司科學技術進步獎。 榮獲侯德邦化工科技創新獎、侯德邦化工科技青年獎、中國石化聯合會青年科技突出貢獻獎。
陳曉，清華大學化學工程系助理研究員。 他的研究方向主要是開發多孔材料的低劑量原子尺度成像方法。 他致力于分子篩中的單分子成像和直接觀察主客體相互作用，以期從分子水平甚至原子水平上理解它。 并探索這些化學反應過程中分子的進入和退出機制以及客體分子與主體骨架之間的相互作用行為。 目前已發表論文60余篇，其中（共同）第一作者/通訊作者12人，包括（3篇）、Nat..（1篇）、Nat..（4篇）等。范德華”（，2021、592、541）入選2021年“中國高校十大科技進步”，榮獲第三屆中國分子篩新秀獎、2022年中國化學會青年獎，并入選入選2022年中國“35名35歲以下科技創新人物”名單等
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