基于金属-有机框架(MOFs)的晶态胶囊材料构筑与应用

Metal-organic frameworks (MOFs) have been proved to be a promising and versatile class of porous materials. With highly regular and tunable pore structures, this type of new materials exhibits excellent feasibility in diverse applications, such as gas storage and separation, drug delivery, fluorescence, and so on. In order to take the full advantage of the porous, MOFs can be seen as guest encapsulating matrices to entrap a wide range of functional molecules, considering the fact that the encapsulated guest molecules in MOF host can engenders new features and/or significantly improves the intrinsic properties of host materials via the host-guest interaction. Prior to modulating the guest encapsulation properties of MOFs, a critical issue should be addressed. That is, how to prevent the leaching of encapsulated molecules from the open pores, since the encapsulation/release of guests in such porous hosts is a reversible process in nature. To solve the above-mentioned issue, in this work, we propose the “bolt” strategy based on common post-synthetic modification, that is, to “lock” the MOFs’ pores via anchoring the preselected size-matching organic ligands onto the open metal sites in the pores through solid-phase reaction. These auxiliary ligands serving as the “bolts” can effectively prevent the leaching of guests in a convenient way. Thus, the corresponding composite can be seen as new type crystalline capsule material. This work can provide valuable data for building crystalline capsule material based on MOFs, and expanding the range of application with MOFs.

金属有机框架材料（MOFs）是一类新型的、多功能的多孔材料，在吸附、药物缓释、发光等众多领域有着广阔的应用前景。为了充分挖掘MOFs材料多孔性的优势，可以将其作为包裹客体分子的主体基质，通过主客体的作用，可以产生新的性能或提升主体基质的性能。客体分子通常采用扩散的方法引入到孔道之中，这个过程是可逆的，因此也就限制了MOFs的应用范围。那么如何控制客体分子稳定存于MOFs孔道中，是充分利用MOFs材料的关键。为了解决上述问题，本项目拟在前人后修饰方法的基础上，提出“螺栓”策略，即利用MOFs材料中常见的不饱和配位点作为后修饰的基础，选择合适的“螺栓”有机配体，通过固相反应，将“螺栓”有机配体固定在孔道的两端，从而将客体分子稳定存于孔道中，相应的复合材料可以看作是新型的晶态胶囊材料。本研究为设计合成基于MOFs的晶态胶囊材料提供有价值的实验依据，拓展了MOFs的应用范围。

金属有机框架材料（MOFs）是一类新型的、多功能的多孔材料，因其孔道具有可裁剪性、易功能化等特点，所以在吸附、药物缓释、发光等众多领域有着广阔的应用前景。为了充分挖掘MOFs材料多孔性的优势，可以将其作为包裹客体分子的主体基质，通过主客体的作用，可以产生新的性能或提升主体基质的性能。如何控制客体分子稳定存于MOFs孔道中，是充分利用MOFs材料的关键。为了解决上述问题，本项目在前人后修饰方法的基础上，提出“螺栓”策略，即利用MOFs材料中常见的不饱和配位点作为后修饰的基础，选择合适的“螺栓”有机配体，通过固相反应，将“螺栓”有机配体固定在孔道的两端，从而将客体分子稳定存于孔道中，相应的复合材料可以看作是新型的晶态胶囊材料。实验结果表明，通过选择不同尺寸的螺栓有机配体，就可以控制客体分子的扩散行为，证明了“螺栓”策略是可行的。同时本项目设计、构筑了系列新型的金属有机框架材料，将MOFs的应用领域扩展到药物缓释、作为降解VOCs氧化物的前体等方面。研究发现，设计合成出的部分发光MOFs对于金属离子和有机小分子表现出选择性荧光猝灭，因此可用作荧光探针，同时也证明了此类体系的荧光猝灭响应机理与体系内各种微观动力学过程(如电荷转移、能量传导等)紧密相关，进一步推动了MOFs材料在荧光检测识别方向上的应用。综上所述，本项目的研究成果可为MOFs的功能化设计与构筑提供理论指导和依据。