日本京都大学改变材料科学的突破

诸平

据日本京都大学综合细胞-材料科学研究所{Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) at Kyoto University}2025年3月18日提供的消息，弱力，超级材料：改变材料科学的突破 （Weak Forces, Super Materials: The Breakthrough Changing Material Science）。

Crystal structure of van der Waals open framework-1 (WaaF-1). Credit: Kyoto University iCeMS

来自京都大学细胞-材料科学综合研究所(Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University, Kyoto, Japan)和京都大学工学研究生院合成化学和生物化学系（Department of Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan）的一个团队开发出了一种新型的三维范德华框架(van der Waals frameworks)，其展示了卓越的稳定性和孔隙度。

这些材料适用于气体储存和碳捕获等应用，颠覆了以前关于范德华力（van der Waals forces）局限性的看法，并为材料工程提供了可扩展、可回收的解决方案。相关研究结果于2025年3月18日已经在《自然化学》（Nature Chemistry）杂志网站发表——Shun Tokuda(徳田駿), Shuhei Furukawa(古川修平). Three-dimensional van der Waals open frameworks. Nature Chemistry, 18 March 2025. DOI: 10.1038/s41557-025-01777-0. 

材料科学的突破性进展(Groundbreaking Advancements in Materials Science)

京都大学的研究人员通过开发有史以来第一个三维范德华开放框架（Waal’s open frameworks简称WaaFs），在材料科学方面取得了重大突破。这一发现挑战了长期以来认为范德华力太弱而无法支撑稳定的开放框架材料的观点，相反证明了它们可以创造出高多孔性和耐用的结构。

挑战旧观念(Challenging Old Assumptions)

该研究发表在2025年3月18日的《自然化学》（Nature Chemistry）杂志上，介绍了一种使用八面体金属有机多面体（octahedral metal-organic polyhedra简称MOPs）作为构建块来形成WaaFs的方法。这些框架非常稳定，高度多孔，并且可以可逆组装，使其成为气体储存，分离和催化应用的理想选择。尽管之前对范德华相互作用的强度存在怀疑，但WaaFs显示出坚固的三维结构，在高达593 K的温度下保持完整，并且拥有超过2000 m²/g的表面积，使其在工业上有效使用。

高稳定性和工业潜力(High Stability and Industrial Potential)

WaaFs的一个关键优势是它们能够在溶液中拆卸和重新组装，从而实现可扩展生产和可回收性。其可调节的孔隙度和强大的化学稳定性使其在气体储存、碳捕获、集水和催化过程等应用中前景广阔。

专家对WaaFs未来的见解(Expert Insights on the Future of WaaFs)

京都大学细胞材料综合研究所（iCeMS）教授古川修平{Professor Shuhei Furukawa of Kyoto University’s Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS)}强调了此次突破的广泛影响，他说：“我们的研究挑战了长期以来认为范德华力太弱而无法构建稳定框架的假设。通过仔细的超分子设计，我们已经证明，这些相互作用可以被利用来创造具有实际应用的坚固和高多孔材料。”

该研究的首席研究者徳田駿（Shun Tokuda）博士补充说：“这一发现重新定义了多孔材料的设计原则，展示了一种能够实现可扩展性和可回收性的材料工程新方法。WaaFs为气体分离、储存等提供了创新的解决方案。”

该研究得到了日本科学协会笹川研究基金｛Japan Science Society for the Sasakawa research grant (no. 2023-3034)｝、日本学术振兴会KAKENH（JSPS KAKENHI grant no. JP23H00298）和MEXT项目：数据创建与利用型材料研究与开发项目｛MEXT program: Data Creation and Utilization-Type Material Research and Development (project grant no. JPMXP1122714694)｝的资助。 

上述介绍仅供参考，欲了解更多信息敬请注意浏览原文和相关报道。

Izumi Mindy Takamiya. Revolutionary van der Waals Open Frameworks: A New Era in Porous Materials. March 18, 2025. https://www.icems.kyoto-u.ac.jp/en/news/10625/

Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University. Van Der Waals Frameworks: New Era in Porous Materials. MirageNews, 18 MAR 2025 9:06 PM AEDT.

Abstract

Open-framework materials are constructed by connecting molecular components via strong bonds. It is generally believed that non-covalent interactions are too weak to hold the building blocks and generate stable open voids. Here we show that van der Waals interactions enable the construction of robust three-dimensional frameworks, referred to as van der Waals open frameworks (WaaFs). The key to successful synthesis of WaaFs is the use of octahedral metal–organic polyhedra with size larger than 2 nm as building blocks and their packing into a sparse diamond network with large extrinsic porosity. The well-defined faces composed of multiple planar moieties increase the intermolecular contact area to achieve an interaction energy above 400 kJ/mol. We show that the WaaFs exhibit high thermal stability and high specific surface area as well as framework assembly with a reversible nature.