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多孔材料因其在广泛的水吸附相关应用中的潜力而引起了极大的兴趣。金属有机框架（MOFs）因其高孔隙率和可调性而特别引人注目。然而，它们有限的水解稳定性常常导致孔隙塌陷，这显著阻碍了它们的水吸附性能。为解决这一问题，基于网状化学的创新设计策略对于增强结构稳定性和确保高效水吸附至关重要。在此，引入了一种使用金属连接子构建合并网络MOF结构的新型合成方法。具体来说，使用卟啉连接子成功合成了一种基于卟啉的合并网络MOF，命名为UPF-5。这种MOF表现出显著增强的水解稳定性和改善的水吸附性能，同时保持了高孔隙体积。此外，UPF-5的结构允许对可访问的Zr6节点进行修饰，从而能够控制孔隙环境并精细调节水吸附性能。这种可编程的基于卟啉的合并网络MOF合成策略不仅显著增强了实际应用（包括水吸附）的结构稳定性，而且通过发现MOF化学中前所未有的拓扑结构推进了网状化学的发展。
1. 提出了一种新型的合并网络MOF结构设计策略，使用金属连接子增强结构稳定性。2. 成功合成了基于卟啉的合并网络MOF（UPF-5），实现了高水解稳定性和优异的水吸附性能。3. 开发了一种可编程的合成方法，允许对Zr6节点进行修饰，实现孔隙环境的精确控制。4. 在MOF化学中发现了新的拓扑结构，推进了网状化学的发展。5. 实现了高孔隙体积和高水解稳定性的平衡，这在传统MOF中常常是一个难以解决的矛盾。1. 结构设计：通过创新的结构设计来解决材料的固有缺陷，如MOF的水解不稳定性。2. 多功能整合：将高孔隙率、水解稳定性和可调控性集成在一种材料中。3. 可编程材料：开发可根据具体应用需求进行精确调控的材料系统。4. 跨学科融合：将有机化学、无机化学和材料科学相结合，开发新型功能材料。5. 拓扑学应用：利用拓扑学原理指导新材料的设计和合成。1. 探索其他类型的金属连接子（如其他金属卟啉或金属酞菁），进一步扩展合并网络MOF的种类和性能。2. 研究UPF-5在其他应用领域的潜力，如气体分离、催化、传感等。3. 开发基于UPF-5的复合材料，如MOF/聚合物复合膜，用于水处理或湿度控制。4. 将UPF-5与其他功能材料（如碳纳米管、石墨烯）复合，探索协同效应。5. 研究UPF-5的动态结构变化，如在水吸附-脱附循环中的结构演变。6. 探索UPF-5在极端条件下（如高温、高压、强酸碱环境）的稳定性和应用。7. 开发基于UPF-5的智能响应材料，如对特定刺激（温度、光、电场等）敏感的水吸附材料。8. 研究UPF-5在大规模生产和实际应用中的可行性，包括成本、可扩展性和长期稳定性。9. 利用计算模拟和机器学习方法，预测和设计新的合并网络MOF结构。10. 探索UPF-5在能源存储领域的应用，如作为超级电容器电极材料或锂硫电池中的硫主体材料。![]()
Programmable Merged‐Net Porphyrinic Metal–Organic Frameworks for Water Sorption
Adv. Funct. Mater. (IF 18.5)
Pub Date : 2024-09-17
DOI : 10.1002/adfm.202413200
Junghye Lee, Dajin Park, Eunji Jin, Soochan Lee, Jinhyu Lee, Hyunchul Oh, Wonyoung Choe
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