南开大学师唯教授团队：MOFs材料的合成及其在化学传感和能源转化当中的应用

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。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c00401

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。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202507827

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AlFx@MIL-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AlFx@MIL-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。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202403464

    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。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05596

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Li@UiO-66基准固态电解质相比，含有缺陷结构的Li@UiO-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。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202401766

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。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202507827

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AlFx@MIL-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AlFx@MIL-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。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.4c00795

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。