近日，化学工程与技术学院金属有机骨架化合物（MOFs）可控合成与应用团队与理论与计算化学团队通过密切合作，利用半刚性多羧基配体结合含氮辅助配体与金属Mn、Zn、Cu和Ni，通过溶剂热反应构筑了系列具有新颖拓扑结构的多维度（1D, 2D和3D）配位聚合物并进行了理论计算。实验研究发现，在水热条件下，有机配体5-(3′-溴-4′-羧基苯氧基)间苯二甲酸在NiII离子的催化下，芳环上的Br原子被-OH所取代，然后在-OH邻位发生脱羧反应，而不是相反的反应顺序，且最终形成了Ni(II)金属配合聚合物，这种有机配体选择性Br−OH原位转化串联脱羧反应得到了X射线光电子能谱(XPS)等实验研究的证实，同时严格的理论计算也有力地支持了上述催化反应发生的机制与合理性（图1）。这一研究工作不但揭示了配位聚合物构筑过程的有机配体上官能团的原位转化机理，也为新配体设计和相关新颖拓扑结构配位聚合物的结构调控、功能开发具有重要意义。
图1 NiII催化Br−OH原位转化与分步脱羧的反应机理
此外，值得注意的是Ni(II)离子催化有机配体H3L向H2L1转变的同时，参与配位形成Ni(II)配位聚合物，即Ni(II)离子既是催化剂，也是配位金属中心，这一现象极为少见。所得Ni(II)聚合物结构属于海森堡无限链模型，具有反铁磁耦合特性，探讨了其零场冷却(ZFC)和场冷却(FC)现象。而Mn(II)配聚合物呈三维超分子结构，具有直线型三核锰结构磁性模型，表现出较弱的反铁磁行为，且磁性拟合结果与理论计算结果完全吻合（图2），这为将来合成维度可控的分子磁性材料提供了一种新的思路。
图2 Mn(II)配合物为三维超分子结构与磁学性能
上述研究工作以“Tuning Dimensions of Complexes through Selective In Situ Reaction, Mechanistic Insights into Ni(II)-Catalyzed Br−OH Exchange, Magnetic Properties, and Density Functional Theory Studies”为题发表于美国化学会无机化学领域的旗舰期刊《Inorganic Chemistry》，该期刊为自然指数期刊，在国际无机&核化学研究领域的影响力长期排名第一。化学工程与技术学院司长代博士为该论文的第一作者，袁焜教授为通讯作者，化学工程与技术学院2位本科生也参与了部分研究任务，天水师范学院为第一署名单位和唯一通讯单位，该工作得到了国家自然科学基金（21761030）等项目的资助。
金属有机框架化合物(MOFs)，又称配位聚合物(Coordination Polymers)，这类材料由于其固有的多级孔道、较大比表面积和特殊的拓扑结构，使得它们在气体的分离与存储、气液分离、药物传递、离子交换、传感技术、多相催化和能量转化等方面展现了诸多优势(图3)，从而广泛应用于发光、非线性光学、磁性和光电功能材料等领域。
图3 配位聚合物的潜在应用领域
化学学科已经迈入“精准”时代，实验研究与理论计算的实质性交叉融合是化学合成与化学研究“精准”发展的内在要求和必然趋势。近年来，化学工程与技术学院不断强化科研创新能力，着力做好化学省级重点学科、化学学术型硕士学位授权点和国家一流本科专业建设，充分发挥理论计算化学的特色和优势，大力倡导理论计算化学与化学各二级实验学科的交叉融合。该工作是化学工程与技术学院院内实验与理论计算首次合作产出的高水平研究，也是化学工程与技术学院教师以天水师范学院为第一单位第一次在自然指数期刊发表文章。研究成果对进一步加强不同研究背景的教师联合攻关和解决相关科学与技术问题，协同产出高水平科研成果，有效驱动学院整体科学研究和人才培养水平具有很好的示范引领作用。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.2c03643
撰稿：赵天宇
审核：王小芳
责编：周绪境
编辑：黄亚珠
编审：罗文研
