金屬-有機籠(Metal-Organic Cages，MOCs)的設計、合成以及功能開發，是當今化學研究的前沿領域。日前，南開大學化學學院研究員張振杰和藥物化學生物學國家重點實驗室研究員陳瑤應邀在《自然綜述：化學》上發文，以“金屬-有機籠的后合成修飾”為題，全面總結金屬—有機籠的后合成修飾策略，并對后修飾產生的新材料以及新功能進行總結與展望。
MOCs是由金屬離子/簇與有機配體自組裝而成的離散籠狀分子，也是超分子籠的一個特殊分支。得益于清晰明確的晶體結構、可調節的空腔以及可修飾各種官能團的特性，MOCs被廣泛應用于催化、生物醫學、主客體化學、分子識別和分離等研究領域，特別是MOCs具有溶解的特性(溶解后籠狀結構可穩定存在)，使其可以進行后修飾或后組裝，從而獲得直接合成無法獲得的新材料以及新功能。
近年來，后合成修飾(PSM)作為一種新興的方法，大大拓寬了MOCs材料的功能化應用前景，成為了當前超分子化學領域的研究熱點。
“后合成修飾是指在合成MOCs材料后，在不破壞MOCs自身結構情況下，引入有機小分子、金屬離子或高分子，從而得到新的MOCs基功能材料的方法。”論文第一作者、南開大學化學學院博士研究生劉金津介紹，論文全面總結了MOCs的PSM方法，并深入探討了當前用于MOCs的修飾組裝策略。
張振杰、陳瑤研一直致力于開展MOCs后合成修飾方法研究，曾于2019年在《美國化學會志》上聯合發表文章，首次提出超交聯金屬-有機籠的概念，并通過將可溶性的MOCs作為高分子共聚單體，制備一類新型高分子-金屬有機籠復合膜。該多功能復合膜繼承了MOCs和高分子的優點，顯著提高膜材料的機械性能和選擇性分離性能。
金屬-有機籠的后修飾策略和后組裝類型 南開大學供圖
“后合成修飾可以用來制備直接合成難以獲得的MOCs新材料。在MOCs上進行后修飾，不僅可以引入新的官能團，還可以調整MOCs的某些特性，例如穩定性、溶解度、孔隙度，進而改善材料性能。”張振杰表示，此外，若將MOCs作為構筑模塊組裝成為多維結構，可以豐富多孔材料的結構多樣性;若與大分子或高分子進行組裝，則不僅提高了MOCs的可加工性，還極大地拓展了MOCs的應用領域。
“我們在文章最后還對MOCs后合成修飾的未來進行了展望。未來的研究可更側重應用需求，尤其是設計綠色、高效和廉價的合成路線，例如，使用光和氫等綠色能源，開發氣相后合成修飾，或通過可逆后修飾，實現‘智能’MOCs材料的合成等。”張振杰說。
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