高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (2): 204-220.doi: 10.7503/cjcu20190620

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金属有机框架材料的结构、 动力学行为和主客体相互作用的固体核磁共振研究

肖宇情1,2,李申慧1,*(),汤晶1,2,徐君1,邓风1,*()   

  1. 1. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 武汉物理与数学研究所, 波谱与原子分子物理国家重点实验室, 武汉磁共振中心, 武汉 430071
    2. 中国科学院大学, 北京 100049
  • 收稿日期:2019-12-02 出版日期:2020-02-10 发布日期:2019-12-31
  • 通讯作者: 李申慧,邓风 E-mail:lishenhui@wipm.ac.cn;dengf@wipm.ac.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助(21773295);国家自然科学基金资助(21733013)

Solid-state NMR Spectroscopy Studies on Structure, Dynamics and Host-guest Interaction in Metal-organic Framework Materials

XIAO Yuqing1,2,LI Shenhui1,*(),TANG Jing1,2,XU Jun1,DENG Feng1,*()   

  1. 1. State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, National Center for Magnetic Resonance in Wuhan, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
    2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2019-12-02 Online:2020-02-10 Published:2019-12-31
  • Contact: Shenhui LI,Feng DENG E-mail:lishenhui@wipm.ac.cn;dengf@wipm.ac.cn
  • Supported by:
    ? Supported by the National Natural Science Foundation of China(21773295);Supported by the National Natural Science Foundation of China(21733013)

摘要:

金属有机框架材料(MOFs)在绿色能源气体储存、 二氧化碳捕获、 化学分离、 化学传感和多相催化等领域有着广泛的应用前景, 与其分子结构、 动力学行为以及与客体分子的相互作用密切相关. 固体核磁共振(NMR)能提供原子水平的结构距离信息, 能从多个时间尺度反映分子动力学行为, 能通过极化转移揭示主客体相互作用. 本文综述了近年来先进的固体核磁共振方法在研究MOFs的结构、 动力学行为以及主客体相互作用等方面的研究进展. 多核、 多维固体NMR可给出MOFs材料的金属中心以及有机配体的局部配位状态, 变温固体NMR可以反映MOFs的分子柔性以及有机配体在不同温度下的运动模式及速率. 固体NMR还可用来研究MOFs与吸附客体分子(如甲烷、 二氧化碳等)之间的相互作用模式. 通过固体NMR技术获得的结构信息有助于人们理解MOFs材料的构效关系, 并为合理设计新型的MOFs材料提供依据.

关键词: 固体核磁共振, 金属有机框架, 结构信息, 分子动力学, 主-客体相互作用

Abstract:

In this review, the applications of versatile and state-of-the-art solid-state nuclear magnetic resonance(NMR) to investigate the structure, dynamics and host-guest interaction in metal-organic frameworks(MOFs) were introduced. Multi-nuclear and multi-dimensional solid-state NMR spectroscopy was employed to study the chemical environment and coordination state of metal clusters and organic linkers in MOFs. The molecular flexibility and dynamic behavior of the linkers in MOFs could be deduced from variable temperature solid-state NMR. Moreover, the host-guest interaction model between methane, carbon dioxide, carbon monoxide, common chemicals and MOFs could be established on the basis of solid-state NMR observation. The application of solid-state NMR to MOFs would provide insights into understanding their structure-property relationship and facilitate the rational design of new functional MOFs.

Key words: Solid state nuclear magnetic resonance(NMR), Metal-organic framework, Structural information, Dynamic behavior, Host-guest interaction

中图分类号: