Matter：MOFs， COFs及其他相关材料论文精选
通过自组装在原子和分子尺度上精确构造材料的能力一直是材料科学研究的一个持续的目标。通过沸石、MOFs、COFs、HOFs和其他类似体系，成功的复制离子/连接剂框架已经出现。它们固有的孔隙率启发了对小分子存储（氢、碳捕获）的多种研究，相对较高的可及表面积预示着催化作用的良好前景。
未来的研究可能会探索各种应用，交换可能的功能性配体和节点。Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter特别为大家整理了MOFs, COFs以及其他相关材料研究的论文合辑。在本论文合辑收录的12篇论文中，有金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）的研究，以及相关材料、跨表征、合成和应用的桥接研究。我们期待着这一快速移动的材料领域的补充。
Cell Press微信公众号特别挑选了8篇论文并翻译了摘要部分，与大家分享，点击文末“阅读原文”查看所有论文。
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冷冻电镜表征金属-有机框架中原子表面结构和主-客体相互作用
主-客体相互作用对功能材料的化学性质起着重要的作用。然而，主-客体之间的结合较弱，使得科研人员无法利用透射电子显微镜(TEM)对它们的结构和化学性质直接进行表征。尤其使用TEM表征金属-有机骨架材料时，由于材料的电子耐受性较差，使得这一问题更为严重。在这篇文章中，斯坦福大学的崔屹教授团队利用冷冻电子显微镜(cryo-EM)来稳定主-客体结构，成功地表征了ZIF-8的原子表面结构及其与客体CO2分子之间的相互作用。作者对ZIF-8表面的台阶位进行成像，并对该材料的生长行为进行了合理的解释。此外，作者在ZIF-8孔隙中观察到两个不同的CO2结合位点，由DFT验证这种结构在能量上是有利的。CO2分子插入后，使得ZIF-8单胞在(002)和(011)方向上出现3%的晶格扩展。冷冻电镜能够稳定和保存主-客体化学性质的能力，使得其成为科学家们探索和发现更为丰富的物质材料有力的表征手段。相关结果发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
电化学辅助界面生长法制备MOFs膜
比利时鲁汶大学(KU Leuven)的Jan Fransaer教授团队提出了一种新的制备金属-有机骨架(MOFs)的生长策略，即电化学辅助界面生长法，所合成的Cu-BTC/聚醚砜膜对染料分子具有良好的过滤性能。该制备策略是将金属的阳极溶解与反扩散相结合，克服了传统反扩散和界面聚合方法的局限性。此外，该方法还可以对MOFs的合成过程进行精确控制和实时监测。这一创新策略有望拓展在多孔衬底表面生长MOFs的界面合成法适用范围，使得所合成的聚合物/MOF复合膜能够实现更为广泛的应用。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
“可逆缩合-终止”聚合方法制备共价有机框架材料
共价有机框架(COFs)因其具有明确的纳米孔洞结构而成为精确控制分子传输的有力工具，并在能源、催化、分离及传感等领域有着广阔的应用前景。众所周知，制备结晶度高、形貌可控的COFs是实现上述应用的关键。在本篇文章中，浙江大学王文俊教授课题组提出一种“可逆缩合-终止”(RPT)合成策略：即在反应系统中同时引入两个单体竞争剂，单官能团竞争剂能够可逆地终止/激活缩聚反应。该方案可选择性地生成结构高度有序的球形、纤维状和膜状COFs，能够实现厘米级材料形貌的控制。最后作者成功将所合成的COF应用到具有催化活性的微反应的构筑工作以及可重复变色的快速蒸汽传感器的制备当中。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
金属有机框架织物用于芥子气类有害物质的光催化净化
金属-有机框架材料(MOFs)能够对有毒物质的化学去污过程起到催化作用，但是对于一些特定的需求，尤其对于需要在现场进行有毒物质净化的MOF防护织物，仍需不断开发新的材料与合成策略以提高其催化性能。北卡罗来纳州立大学的Gregory N. Parsons团队首次报道了Al-PMOF (基于卟啉铝的MOF)这一材料显著的光催化反应活性。作者利用H2TCPP (5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉)桥联Al (OH)O4团簇，实现了可见光作用下对毒性芥子气类物质2-氯乙基乙基硫醚(CEES)的分解。此外，作者利用二甲基甲酰胺/水共溶剂所制备的、可精确控制的Al2O3固体膜，能够将Al-PMOF牢牢固定在聚合纤维当中。该方法可在相对较低的合成温度(120°C)下将共形Al-PMOF膜牢固地整合到聚合物纤维上。与此同时，在每一个单位质量的MOF基本单元上，与表面相键合的Al-PMOF薄膜能够即刻发挥CEES的脱毒作用，TOF高达170 molCEESmol−1chromophoremin−1，该效率分别是现有报道效率最高的MOF粉末和MOF薄膜的10倍和2倍以上。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
共价有机框架材料的结构-功效关系对材料光催化性能影响
利用有机光氧化还原催化剂进行光驱动化学转化的研究引发了人们极大的兴趣，适宜的能量取向和有效的激子迁移是实现高效转化的关键。在本工作中，浙江大学肖丰收教授团队设计的共价有机框架材料(COFs)可作为设计光催化剂的理想平台，并对光反应进行精确控制。为了探究光反应活性的影响因素，作者研究了一系列组成、结晶度和拓扑结构不同的基于胺键的多孔材料，并对这些材料光催化产生氧物种的反应活性进行了比较。作者使用光谱、DFT和催化评价等手段从本质上揭示了各影响因素之间的相互作用以及所合成材料的光反应活性。研究发现，除光谱吸收和结晶度这些基本的影响因素外，材料的晶格对称性对光反应活性也起着重要的作用。作者最后指出，本文所建立的结构-性能相关性将为设计基于COF的光催化剂提供可参照的经验法则。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
次序性重装连接体实现金属-有机框架的晶格扩展与收缩
在扩大金属-有机框架材料(MOFs)孔洞尺寸的研究工作中，常因金属簇和连接体之间发生相互穿透等作用而无法获得目标结构。在这篇工作中，美国德克萨斯A&M大学周宏才教授团队提出利用次序性连接体的不稳定化及重装过程实现对MOFs中晶格尺寸的扩展，同时控制材料的框架结构和相互穿透作用。研究人员首先合成了一种稳定的锆基MOF作为模板。随后，向体系中引入不稳定的亚胺基连接体，以实现Zr-MOF的不稳定化。最后，以亚胺键为基础的连接体逐渐分解，使得较长的连接体重装到新的缺陷位点，最终形成非互穿且孔隙尺寸明显增大的Zr-MOFs结构。按照同样的思路，通过加入较短的连接体就可实现晶格尺寸的收缩。这项工作为控制MOFs结构和功能提供了解决方案，同时强调了动态共价化学与配位化学相结合在MOFs研究领域中新的研发机遇。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
机器算法在线预测金属-有机框架的机械性能
在本文中，剑桥大学的研究团队通过多层次的计算分析，得出了第一幅描述MOFs结构与机械性能之间的关系图。首先，作者对3385个包含41种不同网络拓扑的MOFs进行了高通量分子模拟，并开发了一种免费的机器学习算法来帮助研究者预测MOFs的机械性能。对于高通量空间的不同区域，基于动态现场原位分子动力学模拟技术的深入分析，能够给出特定拓扑结构的结晶度损失压力。总体机械扫描方式揭示了与材料结构息息相关的参数，比如拓扑结构、配位环境和组成要素的本质等。这项工作为理论计算以及研究者评估和设计具备机械稳定性且能够应用到工业领域MOF材料铺平了道路。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
羟基诱导晶体结构转变揭示电催化过程中CO2的活化机理
电催化反应中，对催化剂表面上CO2的活化是电催化CO2还原反应(ECR)的决速步骤，因此研究CO2的吸附和活化机理具有十分重要的意义。本文中，南京师范大学兰亚乾教授团队利用由OH-配位的金属-有机骨架(NNU-15)来模拟碱性环境下ECR催化剂的表面状态，并进一步探究了CO2的活化机制。实验中发现，NNU-15 在-0.6 V时产生CO的法拉第效率高达99.2%，且能够在110h内长期稳定，同时在较宽的电位范围内(-0.6 ~ -0.9 V)仍能保持超过96%的法拉第效率。在ECR过程中，NNU-15和NNU-15-CO2之间所发生的单晶到单晶的转化表明，配位的OH-可以将CO2活化成HCO3-，后者可与金属中心发生螯合。理论计算验证在ECR过程中，所吸附的O-和C-的初始几何构型都倾向于形成HCO3-.相关结果发表在Cell Press旗下期刊Matter上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。
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