在材料科学领域，金属有机框架（MOFs）以其结构多样性和调节性引起了广泛关注。这类材料的高比表面积、可调孔隙和优异的气体储存能力，使其在催化、气体分离和储存等应用中展现出巨大的潜力。近年来，MOF的设计和合成方法不断发展，尤其是在构建高度连接的MOF方面取得了显著进展。 近日，《Nature Synthesis》期刊上同天发布了两篇关于MOF创新设计的研究论文，进一步推动了该领域的研究前沿。这两篇文章不仅展示了MOF领域的新进展，也为未来的MOF设计提供了重要的参考。 金属有机框架（MOFs）是一类具有广泛结构多样性的多孔材料，由金属离子和有机配体通过配位化学构成。这些材料因其可调节的孔隙结构和高比表面积，在能源、环境以及生物医学等领域展示了广泛的应用潜力。与传统的无机多孔材料相比，MOFs在结构的多样性和功能性方面具有显著优势，如更高的孔隙率和更好的选择性吸附能力。然而，MOFs的合成和设计面临着系统筛选未知可合成结构的挑战，尤其是在拓扑结构多样性和构建块选择上存在一定的限制。近日，韩国蔚山科学技术院的Wonyoung Choe团队在“Nature Synthesis”期刊上发表了题为“Up–down approach for expanding the chemical space of metal–organic frameworks”的最新论文。他们提出了一种新的设计策略——上–下方法（UDA），该方法通过融合传统的自下而上和自上而下的设计方法，创建了一种协同的MOF结构发现策略。UDA方法首先从目标金属簇开始，筛选可能的拓扑结构，然后确定适合的有机配体。这种方法弥补了传统方法在结构多样性和构建块选择上的不足。 研究团队以Zr基MOFs作为目标，利用UDA方法发现了26种未来可能的结构配置，并考虑了Zr6簇的可能取向。通过对配体角度的精细分析和带状表示，该团队成功合成了具有bct（1）和scu（1）配置的Zr6基MOFs。此进展显著提高了MOF的结构发现效率，并为探索之前未知或难以获得的MOFs提供了新的机会。上–下方法不仅为MOFs的合成提供了新的指导，也扩展了MOFs的化学空间，为相关领域的研究和应用提供了更多可能性。 另外，浙江大学陈志杰团队在“Nature Synthesis”期刊上发表了题为“A hetero-supermolecular-building-block strategy for the assembly of porous (3,12,24)-connected uru metal–organic frameworks”的最新论文。该团队设计并合成了一系列（3,12,24）连接的uru-MOFs，采用了异质超分子建筑单元（异质-SBB）策略。通过使用12连接的立方八面体（cuo）和24连接的菱形立方八面体（rco）作为建筑单元，团队成功实现了三维的uru-MOF框架。这种异质-SBB策略有效克服了传统方法中面临的挑战，使得合成复杂的三节点MOFs成为可能。利用该策略，合成的uru-MOF-1展现出分级微孔和中孔笼结构，布鲁纳–艾美特–泰勒（BET）比表面积达到3,170m²g⁻¹，实验孔容为1.38cm³g⁻¹。此外，该MOF在159K和10bar下表现出339.6cm³（标准温度和压力，STP）cm⁻³的甲烷吸附量，并在6bar、159K和5bar、298K之间具有309.4cm³（STP）cm⁻³的工作容量。这一成果不仅显著提高了MOFs的气体存储性能，也为低温甲烷存储提供了新的解决方案。该研究为高度连接的MOFs的设计和合成提供了新的思路和方法，突破了传统方法中的限制。
Kim, J., Nam, D., Cho, H.J. et al. Up–down approach for expanding the chemical space of metal–organic frameworks. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00638-x
Shi, L., Zhong, Y., Cao, H. et al. A hetero-supermolecular-building-block strategy for the assembly of porous (3,12,24)-connected uru metal–organic frameworks. Nat. Synth (2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00622-5
