在過去的幾十年中，由有機配體和金屬離子、簇或鏈構成的金屬有機框架 (MOFs) 或多孔配位聚合物 (PCPs) 一直處於化學和材料科學研究的前沿。由於具有高度結晶、多孔和可調節的結構，大量的 MOFs 存在並根據其由配體和金屬的性質決定的獨特性質而得到了廣泛的應用。儘管大多數 MOFs 在靜態框架下都很穩健，但柔性的 MOFs 可以在外部刺激下發生結構轉變，從而產生意想不到的功能。2003 年首次報道了柔性 PCPs 的開門氣體吸附。隨後，作者明確展示了多孔框架中客體控制的移動有機基團（如萘環）的動態運動。這些令人鼓舞的結果表明，將動態元素引入主鏈可以產生具有動態結構和柔性的 MOFs，同時保持晶體有序和周期性。值得注意的是，具有內部動力學的 MOFs 可以響應溫度、壓力和粘度的環境變化，甚至可以響應光、電場和客體分子的存在。這些刺激響應 MOFs (SR-MOFs) 可能比傳統 MOFs 有更多的應用。近日，上海交通大學董金橋副教授和新加坡國立大學趙丹教授等發表了評述性論文，討論了如何在 MOFs 中合理設計的配體，以實現具有多種刺激響應的複雜和動態結構。作者希望 SR-MOF 的魅力能夠激發下一代多功能、仿生材料的設計。相關綜述文章以「Stimuli-responsive metal–organic frameworks enabled by intrinsic molecular motion」為題發表在Nature Materials上。1.探索多孔 MOFs 中的動態功能是一段激動人心的旅程，是發現新型多響應材料的基礎。一種探索途徑是結合新的合成分子成分來開發新的 SR-MOFs。理論計算有助於評估 SR-MOFs 中部分/分子的旋轉動力學。因此，改進計算方法可以提供新的選擇。特別是，將動態、柔性的手性分子集成到 MOFs 中的報道有限。使用手性 SR-MOFs，可以精確控制主客體識別甚至不對稱催化中的對映選擇性過程。這種控制也有利於研究固態的手性傳輸和放大，這在傳統 MOFs 或小分子中難以實現。其次，將不同的動態組件集成到單個 MOFs 結構中將通過它們的集體運動來擴展 SR-MOFs 的化學和物理特性（例如，電學和光學特性）。例如，將分子轉子和馬達結合在一個單晶框架內可以協同分子吸附和分離。第三，在存在其他刺激（例如，磁場和壓力）的情況下精確控制 SR-MOFs 內的分子運動速度幾乎沒有被研究過，但可以促進對運動-特性關係的更好理解。第四，考慮到二維材料具有特殊性能的優勢，SR-MOFs的單層二維納米片值得研究，因為表面暴露出更多的動態分子結構可以提高SR-MOFs的功能性能。2. 現階段 SR-MOFs 的現有應用非常有限。然而，這些有前途的材料可以解決許多具有挑戰性的問題。例如，基於 SR-MOFs 的超薄二維膜或器件可以促進高度可控的分子吸附和分離過程，同時以超高靈敏度和選擇性進行分子識別。此外，雖然 SR-MOFs 可以響應粘度和溫度等環境變化，但將它們引入到生物應用中還需要進一步研究。作者希望這篇評論將通過啟發未來的發展來加速 SR-MOFs 和其他動態材料的設計、合成和應用。圖一、合理設計的 SR-MOFs© 2022 The Authors圖二、SR-MOFs的動態表徵© 2022 The Authors趙丹教授，2003年畢業於浙江大學高分子科學與工程學系本科，2006年取得浙江大學高分子科學與工程學系碩士學位，2010年取得德克薩斯A&M大學的博士學位。於2012年加入新加坡國立大學化學與生物分子工程系，研究方向主要是用於清潔能源和環境可持續的先進多孔材料和複合膜。董金橋，上海交通大學長聘（教軌）副教授。2014年博士畢業於上海交通大學，2019年—2021年在新加坡國立大學和英國布里斯托大學從事博士後工作，2021年—至今在上海交通大學化學化工學院擔任長聘教軌副教授/博導。文獻鏈接：Dong, J., Wee, V. & Zhao, D. Stimuli-responsive metal–organic frameworks enabled by intrinsic molecular motion. Nat. Mater. (2022). https://doi.org/10.1038/s41563-022-01317-y.
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