近期山西大学晶态材料研究所梁林锋副教授课题组报道了一种由1,3,5-三嗪环桥联的中性Cu(I)框架材料SXU-121，该成果以“A 1,3,5-triazine μ3-bridged neutral Cu(I) framework with enhanced stability and CO2 capture selectivity”为题发表在Chin Chem Lett上（DOI：10.1016/j.cclet.2024.110550）。
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1,3,5-三嗪环上的三个氮原子具有优异的配位能力和C3高对称性分布，这为合成高度对称性的金属有机框架（MOFs）提供了独特优势。含1,3,5-三嗪环的化合物如三聚氰胺及其衍生物是常见的工业产品，成本低廉且稳定性高，因此非常有潜力用于低成本、高稳定性的MOFs合成。然而，当前的研究主要集中在中性1,3,5-三嗪环直接配位上，导致生成的MOFs稳定性不足且含有大量阻碍孔隙的反离子，严重影响气体吸附和分离性能。
图1. 含1,3,5-三嗪环的5-氮杂胞嘧啶配体及SXU-121结构示意图
受到具有出色稳定性的金属多氮唑类框架中咪唑、吡唑以及三氮唑等配体特征的启发，本研究尝试选择带有质子化氮原子的1,3,5-三嗪环作为配体来克服基于1,3,5-三嗪类化合物配体的MOFs稳定性问题。预期通过去除质子并使环上的氮原子与金属离子配位，同时提高材料的稳定性和保持永久孔隙。研究表明，在1,3,5-三嗪环的碳原子上引入羟基能够形成类似于羟基吡啶的互变异构体，使得氮原子得以质子化。基于这一思路，研究者选取带有羟基的三嗪环化合物——5-氮杂胞嘧啶（图1），并用它与铜离子在溶剂热条件下反应合成了中性的超微孔Cu(I)框架SXU-121。SXU-121具有eta拓扑结构及高密度开放Cu(I)位点，表现出很高的结构稳定性，该结构甚至能在沸水中保持其结构长达一天。此外，SXU-121还展现了优良的二氧化碳吸附能力以及在室温下对氮气的选择性吸附性能（图2）。
图2. （a）SXU-121在77K条件下的N2吸附等温线及195K条件下的CO2吸附等温线，（b）不同条件下的单组分气体吸附以及吸附热、穿透实验结果，（c）CO2吸附热计算结果，（d）（CO2/O2/N2 1/21/78 v/v/v）混合气体中CO2的穿透实验结果
由于具有“三嗪环上带有羟基”这一特征的三嗪化合物种类众多（如ammeline，ammelide等），可以预期这类有机配体可以与不同金属离子共同构筑多种多样的中性稳定金属-三嗪框架材料，在气体吸附分离等领域有重要研究前景。这项工作为构建一系列多功能的金属-三嗪框架材料开辟了新的路径。
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