上海交通大学崔勇教授团队：基于手性网格化学的材料结构与功能拓展

近日，上海交通大学崔勇教授团队的AMR述评文章“Chiral Reticular Chemistry toward Functional Materials Discovery and Beyond”在线发表，文章系统总结了利用手性作为重要参数对网格框架的结构和功能进行有效调控的研究进展，展示了有机基元中手性特征的引入对于框架结构和功能拓展的重要意义。

关键词：手性，网格化学，框架组装化学，多孔功能材料

01 文章内容简介

自上个世纪九十年代Omar Yaghi教授提出网格化学（Reticular Chemistry）的概念以来，经过近三十年的快速发展，网格化学已然成为化学、材料、环境以及物理等多领域的研究热点，有力促进了多学科之间的交叉研究。作为网格化学研究最重要的两类材料，金属-有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）由于其构筑基元的多样性和可设计性，为功能多孔材料的分子定制提供了广泛的空间。多年来，有机基元的分子设计被广泛用于制备具有不同结构和功能的框架材料，如连接数、几何构型、长度/宽度、对称性、维度以及功能基团等，所制备的框架材料在吸附分离、气体储存、多相催化、传感、光电、热分配以及生物医药等领域展现出了巨大的应用潜力。相较之下，利用有机基元的手性来调控框架材料的结构和功能则研究极少，限制了手性网格化学领域的发展。

本篇述评主要就本实验室在手性网格化学领域的研究工作进行了总结和评述，主要内容包括通过（1）调控有机基元的手性纯度，实现框架材料结构多样性和复杂性的拓展，重点介绍了本征手性拓扑结构主导的手性框架材料制备；（2） 手性框架材料的本征功能如不对称催化和手性分离等；（3）手性和消旋有机基元组装的结构特异性及其在非手性功能如水吸附、气体分离以及光电催化等领域的应用。最后，我们总结了目前手性网格化学领域面临的挑战，针对这些挑战，提出了一些亟需进一步研究和探索的方向。

02 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

我们团队二十载以来一直聚焦于手性功能框架材料领域的前沿研究，发展了多类手性功能基元和可控组装方法学，成功制备了一系列具有优异手性功能的多孔材料并明确了影响手性功能的关键结构参数。在研究开展过程中，我们发现通过调控有机基元的光学纯度，能够获得具有完全不同拓扑结构的框架材料，且能够展现出完全不同甚至超越传统非手性框架材料的功能，成功拓展了手性功能材料的组装和调控方法并催生了“手性网格化学”这一全新领域。因此，我们希望能够继续拓展该领域，为具有全新结构和功能多孔材料的非经典创制提供理论和实验基础。

03 AMR：您对该领域有何发展愿景？

作者团队：

该领域仍然处于非常早期的阶段，目前绝大部分报道都是基于偶然和意外发现，缺乏有效的组装理论指导。未来，希望该领域能够吸引更多的人才加入，通过广泛的合成方法学和理论研究，揭示有机基元手性作为关键的结构调控因素，对框架材料组装和功能的影响，促进“手性网格化学”这一领域的蓬勃发展。

04 AMR：您觉得该领域有哪些可能的研究机会？

作者团队：

该领域目前最大的挑战是如何以可控或可预测的方式，通过对手性因素进行调控以获得具有全新拓扑结构的框架材料组装。相比于MOFs中配位键更为复杂的取向性，组成COFs的共价键由于具有更明确的组装方向性和可预测性，在未来有可能率先在这一领域取得突破。

作者简介

上海交通大学长聘教轨副教授 巩伟

巩伟，上海交通大学化学化工学院长聘教轨副教授，博士生导师。2011年和2014年在安徽大学分别获学士和硕士学位，2019年于上海交通大学获理学博士学位，同年获上海市“超级博士后激励计划”留校继续从事博士后研究，期间分别赴美国德克萨斯州立大学圣安东尼奥分校（合作导师：陈邦林教授）和西北大学（合作导师：Omar K. Farha教授）从事访问学者研究。2023年1月加入上海交通大学化学化工学院任课题组长。主持国家自然科学基金青年基金和面上项目，参与科技部国家重点研发计划项目。共发表论文50余篇，其中以第一和通讯作者(含共同)在包括J. Am. Chem. Soc.(15篇), Chem, Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun.等期刊发表研究论文20余篇。担任Chinese Journal of Structural Chemistry和Chinese Chemical Letters杂志的青年编委。目前研究方向聚焦水吸附和CO₂捕获功能多孔框架材料的设计和合成。

上海交通大学本科生 高一斐

高一斐，上海交通大学化学化工学院强基计划在读大二本科生，研究方向为新型多孔框架材料的设计、优化及人工智能辅助预测，重点探索该类材料在气体吸附与分离、水吸附、催化反应等领域的定制化设计与应用。

上海交通大学长聘教轨副教授 董金桥

董金桥，2014年获得上海交通大学博士学位，2015到2019年在新加坡国立大学从事博士后研究，2019到2021年在英国布里斯托大学担任助理研究员。2021年7月加入上海交通大学化学化工学院担任长聘教轨副教授、博士生导师。入选国家级青年人才计划，小米青年学者、江苏国泰学者等。共发表SCI学术论文60余篇，近五年以第一作者或者通讯作者在Nature, Nat. Chem., Nat. Mater., Nat. Synth.等期刊发表文章20余篇。研究成果“自支撑手性二维单层分子晶体”获上海交通大学科研成果二等奖，并入选第四届上海交通大学“十大科技进展”。主持国家自然科学基金面上项目，参与国家自然科学基金重大项目（骨干成员）。研究方向聚焦金属-多肽结晶组装、折叠调控、结构可编程设计以生物功能应用。

上海交通大学特聘教授 刘燕

刘燕，上海交通大学化学化工学院特聘教授，博士生导师。主要从事配位化学和超分子材料等方面研究，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.和Chem等期刊发表论文100余篇。入选2023年全球高被引科学家。2015年获国家优秀青年科学基金资助；2022年获国家杰出青年科学基金资助；作为第二完成人获得2017年上海市自然科学一等奖和2020年国家自然科学二等奖。

上海交通大学讲席教授 崔勇

崔勇，上海交通大学化学化工学院讲席教授、博士生导师。主要从事手性多孔聚合物的结构设计、可控合成及不对称催化、手性分离和光电性能等领域的应用。曾获得国家杰出青年科学基金，入选教育部长江学者特聘教授。任Materials Horizons科学编辑、Chem. Soc. Rev.和Sci. China Mater.等期刊编委。以第一完成人获上海市自然科学奖一等奖(2017年)，国家自然科学奖二等奖(2020年)。

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Chiral Reticular Chemistry toward Functional Materials Discovery and Beyond

Wei Gong*, Yifei Gao, Jinqiao Dong, Yan Liu*, and Yong Cui*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00337

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