【JACS】首个含硫金属有机笼体问世:镍-硫键构筑的SMOP展现410 m²/g比表面积与宽pH水稳定性
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【JACS】首个含硫金属有机笼体问世:镍-硫键构筑的SMOP展现410 m²/g比表面积与宽pH水稳定性
【JACS】首个含硫金属有机笼体问世:镍-硫键构筑的SMOP展现410 m²/g比表面积与宽pH水稳定性
文章标题:Sulfur-MOP: A Highly Robust Metal–Organic Polyhedron Built with Nickel Thiocarboxylate Paddlewheels 通讯作者: Benjamin Le Ouay, Masaaki Ohba 文章链接: https://doi.org/10.1021/jacs.5c14365

文章概要
金属有机笼体(Metal–Organic Polyhedra, MOPs)因其高度微孔性、结构可调性及在特定溶剂中可溶的分子特性,近年来在材料科学领域受到广泛关注。然而,MOPs在水环境中的稳定性较差,尤其是由第一周期过渡金属构筑的结构,严重限制了其在生物医学等领域的应用。
本研究首次报道了一种含有金属–硫键的MOP结构,命名为SMOP(Sulfur-MOP),其核心构筑单元为水稳定的镍(II)硫代羧酸四重轮结构 Ni₂(RCOS)₄。研究团队采用双重调控策略,成功实现了该结构的克级合成,并获得了良好的结晶性。

关键创新点:
- 首例含硫MOP结构:通过引入硫代羧酸配体(如苯-1,3-二硫代羧酸 H₂BDTC),构建出镍-硫键连接的四重轮结构,填补了MOP领域中硫配体应用的空白。
- 双重调控合成策略:
- Route 1:使用预组装的镍硫代苯甲酸四重轮 [Ni₂(PhCOS)₄] 与 H₂BDTC 进行缓慢的配体交换反应,获得单晶 SMOP-1 SC。
- Route 2:在反应过程中原位水解配体前体 BDTC-Int,并与 [Ni₂(PhCOS)₄] 反应,得到高结晶度的粉末 SMOP-1 Bulk。
- 结构特点:
- SMOP-1 由六个 Ni₂(RCOS)₄ 四重轮通过 BDTC²⁻ 配体连接而成,形成直径约 20 Å、内腔约 10 Å 的八面体结构。
- 与传统的异苯二甲酸 MOPs 的立方八面体结构不同,SMOP-1 因硫原子较大的配位距离(Ni–S: 2.23 Å)导致四重轮内弯,形成扭曲的方形宏环,最终构成八面体拓扑。
- 物理化学性能:
- 比表面积达 410 m²/g(CO₂ 吸附测定),展现出良好的微孔性。
- 热稳定性高,分解温度达 320°C。
- 在 pH 2–12 范围内水稳定性极佳,浸泡72小时后仍保持晶体结构和超过80%的孔隙率。
- 水蒸气吸附实验显示其微孔体积具有亲水性,低压下吸附能力强,且多次循环后结构保持稳定,仅在高压区略有变化。
应用前景与意义:
该研究不仅拓展了MOPs的配体类型和构筑策略,也为构建水稳定、功能可调的含硫金属有机材料提供了新思路。由于硫配体与过渡金属之间更强的轨道重叠,未来SMOPs有望在电子传导、催化、生物载体等领域展现独特优势。此外,该合成策略也可推广至构建含硫的MOFs(SMOFs),为开发新型高性能材料奠定基础。
这项工作由日本九州大学化学系团队完成,获得了JSPS科研基金及青年研究者支持项目资助,标志着MOPs研究迈入一个新的阶段。
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