師唯 - 教授課題組

相關研究

金屬-有機框架（MOFs）材料是由金屬作為節點、有機化合物作為橋聯配體，通過配位鍵組裝得到的新型多孔晶態材料。與傳統的無機材料比，MOFs具有高度可設計性、功能中心豐富、合成條件溫和等優點，近年來在光、電、磁功能材料和能量儲存與轉換材料的研究中備受關注。2019年，南開大學師唯教授課題組證明可以通過簡單的陽離子交換，將手性功能基元和發光功能基元引入陰離子鋅基MOF，從而得到手性發光雙功能材料。這種雙功能材料對立體異構體的混合物表現出對映選擇性的發光響應，如可對Cinchonine和Cinchonidine差向異構體以及氨基醇對映異構體進行高效傳感。Zn-MOF-C-Tb材料的可重復使用性較強—未觀察到該材料的發光強度、淬滅效率或識別能力在多次使用后的明顯衰減。這項研究為多功能MOF的設計合成提供了新的合成路線并實現了針對手性分子的快速傳感識別。

2022年，師唯教授課題組對具有相同孔道形狀但不同孔道尺寸的IRMOF-74-I-Mg (I)和IRMOF-74-II-Mg (II)的開放金屬位點進行配位修飾，并進一步引入第二發光中心Tb3+離子，獲得了兩個同拓撲異孔徑的手性雙發光金屬-有機框架I-C-Tb和II-C-Tb，研究了它們針對不同尺寸手性分子的傳感功能。結果表明I-C-Tb和II-C-Tb對能夠進入孔道的異構體及其混合物具有對映選擇性識別功能，而對不能進入孔道的異構體及其混合物不具有對映選擇性識別功能。該工作通過簡單的手性化策略合成了兩例手性雙發光的金屬-有機框架傳感材料，實現了針對對映異構體的選擇性傳感和定量識別。金屬-有機框架傳感材料的孔徑顯著影響了其對不同尺寸手性分子的傳感功能。這項工作揭示了多孔傳感材料的孔徑在其發光傳感功能中的作用。

2023年，師唯教授課題組基于金屬-有機框架的手性和缺陷特點，設計并合成了一系列具有手性缺陷的金屬-有機框架，并將其用于手性分子的對映選擇性定量傳感。該合成方法可在維持原有金屬-有機框架的高熱和溶劑穩定性的同時，獲得極高的傳感效率和對映選擇性傳感功能，并且可以通過對對應異構體混合液的熒光分析獲得對映體過量值。該工作通過低成本、可擴展和高效的路線合成了一系列手性發光金屬-有機框架，使其能夠對不同的對映異構體進行選擇性和定量識別。這種方法在制藥和農業等領域具有極高價值，并為開發先進的手性分子傳感材料開辟了一條新的途徑。

2021年，師唯教授課題組對同構配位聚合物[M(HIPA)(H2O)3]n（MHIPAS，M=Mn，Fe，Co，Ni和Zn；H3IPA=5-羥基間苯二甲酸）的可逆儲鋰電極穩定性、倍率性能和循環壽命進行了系統研究。由于配位鍵強度的差異，這五種配位化合物的穩定性高度依賴于金屬中心。儲鋰性能研究表明，Co-HIPA和Ni-HIPA在200mAg-1下均能保持1043和532mAhg-1的可逆容量循環200次，而Mn/Fe/Zn-HIPA由于可溶解在電解液中因此不能用作負極材料。值得注意的是，Co-HIPA表現出更高的倍率性能，在1000 mAg?1時的可逆容量為820 mAhg?1，在5000 mA g?1時的可逆容量為504 mAhg?1，優于已報道的基于配位化合物的負極材料。

2023年，師唯教授課題組報道了一種含有負電性Li+輸運位點的配位鏈基氫鍵框架(NKU-1000)，其Li+電導率為1.13×10-3 S cm-1, Li+轉移數為0.87，電化學窗口為5.0 V。Li@NKU-1000作為主要組分能有效提高固態電解質（SSE）的阻燃性和界面相容性，抑制鋰枝晶生長。用該SSE組裝的準固態磷酸鐵鋰鋰金屬全電池具有高容量、優越的倍率性能和循環穩定性，在500次循環后的放電容量高達94.4%，并且可以在很寬的溫度范圍內工作且無鋰枝晶生長。這些優異的性質源于Li+輸運位點在晶格中的有序排列，促進了高的Li+通量，以及氫鍵框架的柔性結構可以緩沖Li+運輸過程中的結構變化。