金属-有机框架Metal-Organic Frameworks, MOFs具有高度可设计的框架和微孔结构在多种先进功能材料的研发中倍受关注。在手性物种识别方面手性金属-有机框架展现出独特的合成与传感性质优势在能量储存与转化方面基于其独特的微孔结构和能级结构MOFs已经在锂离子电池和光催化剂等领域展现了重要的应用前景有超越传统体系的潜力。本文摘录了南开大学化学学院师唯教授课题组近期关于金属-有机框架的部分研究成果。01J. Am. Chem. Soc.气固反应快速构建手性MOF实现高效对映选择性传感本文报道了一种无模板、无溶剂的气固相反应新策略可快速制备两种分级手性孔结构的MOFs材料CMOF-T和CMOF-S。该方法能使得手性前驱体100%嵌入框架结构同步构建多级孔道并保留材料优异的结构稳定性。CMOF-S对多种手性药物及其中间体展现出超高对映选择性且响应速度极快。机理研究表明这两例手性金属-有机框架中定制化的光物理过程决定了其传感性能而对映选择性则源于合成时在框架内引入的化学物种与目标对映异构体之间高度特异性的主客体相互作用。02Adv. Mater.金属-有机框架宿主孔道中的强路易斯酸效应助力无枝晶锂沉积与脱嵌本文提出将负载有均匀分布、含不饱和路易斯酸位点的AlFx物种的经典柔性金属-有机框架材料MIL-101用作锂金属负极的三维宿主以加速锂金属电池中锂离子的解离与去溶剂化。采用预沉积锂的AlFxMIL-101/Cu电极组装的对称电池可稳定循环超过3600小时搭配高负载磷酸铁锂正极的全电池在1 C倍率下循环4000次后仍保持高容量平均库伦效率高达99.87%。机理研究表明具有强路易斯酸性的AlFx物种结合MIL-101的纳米空间限域效应协同促进了锂离子的解离与去溶剂化同时实现了锂离子的快速、均匀传输MIL-101的孔道结构可容纳锂沉积物种从而有效抑制锂金属负极的体积膨胀。该工作指出了AlFxMIL-101能够使得锂在负极表面实现均匀无枝晶沉积是构建高稳定性锂金属电池极具潜力的宿主材料。03Adv. Mater.在三金属-有机框架中均匀组织光敏和光热单位点以实现高效的光催化析氢本文以一例三金属的金属-有机框架为基础在分子水平上均匀分散了光敏性Cd-S单原子位点与光热Ni-S单原子位点。优化的Ho₆-Cd₀.₇₆Ni₀.₂₄-NS材料在可见光照射下展现出40.06 mmol g⁻¹ h⁻¹的超高光催化析氢速率。系统的机理研究表明均匀分布的光敏与光热单原子位点产生协同效应构建了光生电子高效传输的超短通道显著抑制了光生载流子的复合从而大幅提升了析氢活性。04Nano Lett.缺陷调制金属-有机框架纳米通道用于无枝晶锂金属电池准固态电解质本文提出一种针对MOF材料的分子缺陷合成策略可在引入锂离子跳跃位点的同时扩大纳米通道尺寸用于制备高性能准固态电解质QSSEs。与无缺陷的LiUiO-66基准固态电解质相比含有缺陷结构的LiUiO-66-D2基准固态电解质的锂离子电导率提升了343%锂离子传输的选择性也得到改善。机理研究表明锂离子跳跃位点与纳米通道的尺寸对锂离子的传输均具有重要影响揭示了分子缺陷策略在提升MOF基准固态电解质整体锂离子传输性能方面的关键作用。05Angew光产生的自由基对超稳定二维金属-有机组装体中高效太阳能热转换的影响本文报道了一种可产生光生自由基的超稳定钴(II)-有机组装体NKU-123展现出卓越的光热转换效率和优异的结构稳定性。在808 nm激光照射下NKU-123的温度可在6秒内从25.5 ℃快速升至215.1 ℃。在1个标准太阳光照下该材料的纯水蒸发速率可达1.442 kg m⁻² h⁻¹蒸发效率高达97.8%海水蒸发速率为1.299 kg m⁻² h⁻¹蒸发效率达87.9%。机理研究表明光生自由基的形成提高了NKU-123的自旋密度从而显著增强了光热效应。06CCS Chem.二维配位网络中有序的亲锂冠醚位点实现无枝晶锂沉积本文提出将负载有均匀分布、含不饱和路易斯酸位点的AlFx物种的经典柔性金属-有机框架材料MIL-101用作锂金属负极的三维宿主以加速锂金属电池中锂离子的解离与去溶剂化。采用预沉积锂的AlFxMIL-101/Cu电极组装的对称电池可稳定循环超过3600小时搭配高负载磷酸铁锂正极的全电池在1 C倍率下循环4000次后仍保持高容量平均库伦效率高达99.87%。机理研究表明具有强路易斯酸性的AlFx物种结合MIL-101的纳米空间限域效应协同促进了锂离子的解离与去溶剂化同时实现了锂离子的快速、均匀传输MIL-101的孔道结构可容纳锂沉积物种从而有效抑制锂金属负极的体积膨胀。该工作指出了AlFxMIL-101能够使得锂在负极表面实现均匀无枝晶沉积是构建高稳定性锂金属电池极具潜力的宿主材料。07Acc. Chem. Res.手性金属-有机框架的间接构建及其对映选择性发光传感本文深入讨论了针对对映选择性传感应用量身定制的手性MOF的间接合成策略。详细分析了该领域的进展和创新追踪了基于MOF的对映选择性发光传感材料的发展。通过系统地回顾各种合成方法突出了它们各自的优势和局限性。本文还对手性MOFs的研究进行了展望旨在促进下一代手性发光MOF的设计和开发。师唯教授博士生导师国家优秀青年基金获得者1997.9-2001.6南开大学化学系本科2001.9-2006.6南开大学化学学院博士研究生2006.12-2015.12南开大学化学学院副教授2014.2-2015.2加州大学伯克利分校访问学者2015.12-今南开大学化学学院教授博导。研究领域金属-有机框架、配位聚合物、荧光探针、能源存储与转换材料、分子磁性材料。获奖记录2013年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”2015年入选天津市高校“131”创新型人才第二层次2015年入选南开大学“百名青年学科带头人培养计划”2016年获得基金委“优秀青年科学基金”2017年度天津市自然科学一等奖“功能导向金属-有机框架的设计、合成与性质研究”第三完成人2018年获得英国皇家学会“NewtonAdvanced Fellowship”2018年入选天津市中青年科技创新领军人才2018年获得天津市杰出青年科学基金资助。