化學家們一直在尋求方法希望使用結構簡單的有機模組構築具有特定結構與功能的多孔材料。這其中有一個新興的研究領域是在晶態下完全由離散的有機小分子透過非共價鍵作用形成的多孔分子晶體。然而穩定的多孔分子晶體的生成卻極大依賴構造單元的拓撲結構。從形狀和對稱性來說，大部分報道的多孔分子晶體的構造單元都是多臂且帶有C3、C4或C6對稱性的結構，而具有更簡單構型的線型C2對稱性的構造單元卻幾乎沒有被報道過。從設計穩定多孔結構的角度來說，另外一個需要重點考慮的因素是非共價鍵作用力的強弱。除了最常見的氫鍵體系外，離子作用也已經被證實能夠很好的調節和穩定多孔結構，但是絕大部分的多孔離子晶體在去除孔道的溶劑後骨架結構都很難保持。

近日，香港科技大學的唐本忠院士、安徽大學的魏培發教授和英國利物浦大學的劉明博士合作，設計合成了一種線型的離子型聚集誘導發光（AIE）分子；這個線型分子在三叉戟型的離子作用和π-π堆積作用的協同下，在晶態得到了一種新穎的多孔離子晶體。

骨架中奈米隧道型的孔道的存在並結合AIE性質使得這個多孔結構在碘吸附實驗中展示了罕見的宏觀各向異性的吸附行為。

單晶衍射證實這個多孔結構可以在溶劑去除後依然保持。直到加熱溫度高於220度後，原來動力學穩定的X-型堆積多孔結構經歷單晶到單晶轉換變成熱力學穩定的J-型堆積的非孔結構。透過浸泡在強酸和強鹼的溶液中，進一步證實了這個孔結構的化學穩定性。由於其帶電荷的孔道屬性，其在273 K, 1 Bar下對CO2吸附值達到2.8 mmol/g，這個數值優於許多的氫鍵和超分子骨架材料。同時這個材料還在常溫下具有較高的CO2/CH4選擇性，這為其在甲烷純化領域的應用奠定了基礎。

AIE性質的引入使得這個分子可以在不同溶劑氛圍中結晶得到從藍光到黃綠光的多種發光晶體，而固態發光也為視覺化的監測孔道在研磨和燻蒸刺激下的關閉和開啟提供了可能。這種線型分子在離子作用穩定下以X-型堆積形成的多孔結構的策略代表了一種構造功能性多孔分子晶體的新方法。

相關研究結果近期發表在Angewandte Chemie International Edition 上。

Robust Supramolecular Nano-tunnels Built from Molecular Bricks

Peifa Wei, Xuan He, Zheng Zheng, Donglin He, Qiyao Li, Junyi Gong, Jun Zhang, Herman H. Y. Sung, Ian D. Williams, Jacky W. Y. Lam, Ming Liu, Ben Zhong Tang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202013117

唐本忠院士課題組簡介：

https://www.x-mol.com/groups/tang_benzhong

魏培發博士簡介

魏培發，安徽大學物質科學與資訊科技研究院，教授/博士生導師。先後在安徽師範大學(2011)和浙江大學(2016)獲得學士和博士學位，博士導師為黃飛鶴教授(傑青，長江)。博士期間前往美國猶他大學Peter J. Stang教授課題組（2015-2016）交流訪問。2016-2019年在香港科技大學唐本忠院士課題組從事博士後研究。2019年9月入職安徽大學物質科學與資訊科技研究院開展獨立研究，主要研究領域：1）具有光響應能力的超分子體系的開發；2）發光多孔分子晶體的設計與應用研究；3）新型聚集誘導發光分子的設計與開發。目前以第一作者/通訊作者發表論文40多篇，其中第一/通訊作者論文20篇，包括1篇Chem. Soc. Rev.、3篇J. Am. Chem. Soc.、2篇Angew. Chem. Int. Ed.（一篇為Hot paper）。論文總被引1800餘次（google scholar），3篇論文入選ESI高被引。H-index = 22。

劉明博士簡介

劉明，利物浦大學助理研究員。長期從事功能超分子以及多孔材料領域的研究，研究成果發表於Science、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society 等期刊。近年來的研究著重於功能導向的有機小分子材料的合成及應用開發，在環境汙染控制、清潔能源等功能材料領域取得多項具有應用潛力的成果。榮獲的獎項包括 2016年英國皇家化學學會科技創新一等獎，2016年英國皇家學會創新獎，2020年Nature Research 科技轉化獎。