5月12日Science：多孔铀MOFs晶体的超结构构筑

— 前言 —

2017年5月12日，Science官网刊出了构筑多孔铀MOFs晶体的研究报道，文章标题为：Bottom-up construction of a superstructure in aporous uranium-organic crystal, doi: 10.1126/science.aam7851。通讯作者为西北大学的Omar K. Farha教授。

— 图文快解 —

该文中，作者描述了一种多级的、多孔铀基MOF结构，NU-1301, 其高度的结构复杂性产生了三维网状结构（作者称之为 nun，即Northwestern University net）。该结构由立方八面体共享三角形面形成二级结构的三棱柱，三级结构的笼以及四级结构的四面体，最终构成开放的金刚石型的拓扑结构。NU-1301的单胞包含816个U节点和816个有机链，这是报道的最大的非生物单胞结构。

图 1 NU-1301的立方八面体构筑单元

(A)由8个[UO₂(RCOO)₃]⁻ 单元和12 桥位有机链组成的立方八面体. (B) 两个立方八面体通过公用一个三角形面相连。(C) 由多个立方八面体组成的五棱柱和六棱柱。 (D) NU-1301的大笼不同的视图，显示出类似MgCu₂的结构。(绿笼为Mg,灰笼为Cu).

图2.  NU-1301中立方八面体排列为超结构.

(A) 立方八面体一级结构. (B) 五棱柱和六棱柱的二级结构. (C)Icosidodecahedron 和 rectified hexakaidecahedron三级结构, (D) 四面体和金刚石型的四级结构 (E)由四级结构组成的复杂结构。

Fig. 3 用U原子和有机链平铺（Tiling）而成的NU-1301 的nun网

(A)NU-1301五种类型的笼. (B)大的绿色的平铺[10¹².12⁴] ，每一个有四个均匀分布的12顶角面，用[8⁶.12²]红色结构平铺而成金刚石型超结构。(C) [10¹²] 灰色平铺面，通过黄色[8⁵.10²]平铺面联结而成四面体的超结构。(D) 利用A中绿色和红色结构堆积成灰色/黄色四面体结构。(E)绿/红结构中心的灰/黄四面体充满了可能的空间。(F) (E)中超结构的空心形成了最小的蓝色笼[8⁶]。(G)蓝色平铺结构围绕每个[8⁵.10²]黄色平铺面形成五重对称图案。

图4 体相NU-1301的多孔性和结晶度。

(A)NU-1301 87K下的Ar吸附/脱附等温线显示了多级笼结构。(B) PXRD patterns of the simulatedstructure (black), as-synthesized NU-1301 (red), and SC-activated NU-1301a(blue). 模拟结构（黑色），合成的NU-1301（红色）以及活化的 NU-1301a（蓝色）的粉末XRD对比。

金属有机框架化合物一般只有一个层级的组装复杂性：有机联结链与无机金属节点共同作为重复晶格单元。这篇文章创造了一种新型的多级结构：由铀离子和有机链通过共享三角形面而形成三棱柱，然后组装成立方八面体。这些结构形成笼状结构，再反过来联结成金刚石晶型的四面体结构。结果是，这种多级的、开放结构产生了一个巨大的单胞，该单胞包含800个金属节点和有机链，且含有直径为5-6 nm的内孔结构。

因此，这篇工作的意义在于合成化学家对晶体工程中的复杂性控制，已经逐渐上升到接近蛋白质的多级结构层次。

注：小编由于学识有限，更多详情，请移步原文。

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