IF 27.4！从基础到高级功能金属-有机框架设计：解析网状化学工具箱的用户指南

本文精选

本文描述了理解和使用拓扑工具设计多孔材料的基本要求，重点强调了网格、金属-有机框架（MOF）结构、节点和构建单元之间的关系。文章讨论了常见的设计方法，突出强调了MOF理性设计的前提条件，例如通过分子构建单元方法或轴对轴支柱化设计简单的pcu拓扑结构。通过高度连接的网格和构建单元，本文展示了如何实现结构可预测性，并详细介绍了通过更复杂策略设计高度连接MOF的几何要求：通过超分子构建单元方法设计的rht拓扑MOF，通过超分子构建层方法设计的tbo拓扑MOF，以及通过合并网格方法设计的sph拓扑MOF。

此外，文章探讨了偏离默认网格的创新潜力，例如引入几何不匹配，这可能产生具有独特沸石结构的新材料。相关实例包括通过镶嵌或混合配体方法开发的苏打石（sod）拓扑MOF，这种设计受古代建筑方法的启发，并利用居中结构引导剂。本文为研究人员提供了关键见解，旨在促进设计策略在新化学体系中的应用和扩展。创新的唯一限制是想象力，当然还包括一些化学、物理和热力学原则。

创新点

1. 系统性地总结了拓扑工具在MOF设计中的应用，阐述了节点、网格、构建单元之间的关系，填补了设计方法中从基础到复杂策略的空白。

2. 提出高度连接的网格和构建单元在MOF结构预测性中的核心作用，为MOF设计提供了明确的几何指导。

3. 创新性地提出了通过几何不匹配、镶嵌、混合配体等方法突破传统设计的框架限制，为开发新型结构打开了思路。

4. 将超分子构建单元、构建层及合并网格的方法应用于复杂拓扑设计，展示了设计策略从简单到复杂的演化过程。

对科研工作的启发

1. 深入理解网格、节点和构建单元的关系，可以指导MOF设计从随机实验走向理性设计。

2. 通过整合拓扑工具箱中的方法，可以快速筛选适用于特定应用场景的设计路径，优化实验周期。

3. 借鉴传统建筑方法（如苏打石拓扑设计中的镶嵌方法），启示了如何结合现代化学设计需求与历史智慧。

思路延伸

1. 进一步研究不同配体之间的几何关系，通过计算模拟优化几何不匹配策略，提高MOF的多样性与功能性。

2. 开发模块化设计软件，将高度连接网格与具体化学体系的建模相结合，助力新材料的快速开发。

3. 探索外界刺激MOF拓扑结构动态响应的关系，为可调控材料设计提供理论基础。

4. 推进MOF设计从实验室走向工业化，优化绿色合成工艺，降低生产成本，同时保持结构多样性和稳定性。

From Elementary to Advanced Design of Functional Metal–Organic Frameworks: A User Guide to Deciphering the Reticular Chemistry Toolbox

Adv. Mater. (IF 27.4)

Pub Date  : 2024-12-20

DOI : 10.1002/adma.202414153

Vincent Guillerm, Hao Jiang, Dalal Alezi, Norah Alsadun, Mohamed Eddaoudi

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