JACS：每公斤僅約1美元！超低成本鋁基材料多孔且超疏水

超疏水材料在油水分離、自清潔、防冰、防腐蝕等領域具有廣泛應用。目前該類材料多依賴于含氟聚合物，存在成本高、潛在環境危害等問題，因此開發基于低成本、低毒性原料的超疏水材料一直備受關注。多孔配位聚合物（PCPs）/金屬有機框架（MOFs）因其結構可設計、性質可調而受到廣泛研究，可通過選擇合適構建單元調節其親疏水性。然而，目前已報道的超疏水PCPs仍然有限，且大多依賴長烷基、氟烷基或復雜芳香配體實現功能化。近年來，研究趨勢逐漸轉向采用低成本、低毒性的原料（如Al(III)-羧酸鹽骨架）制備高穩定性PCPs，但其高質量單晶的生長仍較為困難。

中山大學張杰鵬教授、周東東教授等研究人員報道了一種簡單的鋁基配位聚合物[Al(OH)(ba) 2 ]（MCF-66，Hba = 苯甲酸），該聚合物可由多種低成本原料輕松合成。例如，基于Hba與Al(OH) 3 （原料成本約為1美元/公斤）之間的簡單酸堿反應，無需任何溶劑或添加劑，即可以接近100%的收率合成MCF-66，且僅以水為副產物。MCF-66由排列不緊密的蝶形鏈組成，其疏水性苯環暴露于晶體表面，從而賦予其超疏水性。壓片樣品的水接觸角高達152°，滑動角 < 3°，表明MCF-66是一種罕見的超疏水材料。盡管鏈間形成的孔道尺寸極小（最小截面約 2.2 × 3.6 ?2），理論僅能容納H 2 分子，但孔道具有柔性，可在吸附氣體時發生結構膨脹（體積可擴大約 8.2%），可以吸附各種小分子，并對正構烷烴( n -C 4 H 10 ) /異構烷烴( i- C 4 H 10 )混合物表現出特殊的分離性能。MCF-66 還可以直接生長在鋁網上，在分層油水混合物和乳化油水體系中均表現出高效分離能力，滲透率高達8.8 × 10 3 L m -2 h -1 bar -1 ，水含量可從 1% 降至 0.04%。材料循環使用10次后性能不變，穩定性良好。

相關研究成果以“Basic Aluminum Benzoate is Low-Cost, Porous, and Superhydrophobic”為題發表在J. Am. Chem. Soc.上。

該研究報道了一種簡單的鋁基配位聚合物[Al(OH)(Ba)?]（MCF-66，Hba =苯甲酸），該材料可由多種低成本原料簡便合成。例如，基于Hba與Al(OH)?之間簡單的酸堿反應（原料成本約1美元/千克），可以在不使用任何溶劑或添加劑的情況下以接近100%的產率合成MCF-66，且水是唯一的副產物。MCF-66由排列疏松的蝶形鏈構成，疏水苯環暴露于晶體表面，從而賦予其超疏水性。其壓制片的水接觸角高達152°，證實了MCF-66是一種罕見的超疏水材料。盡管鏈間形成的離散小孔僅略大于H?分子，但該材料能夠變形以吸附各種小分子，并對正丁烷/異丁烷混合物表現出特殊的分離行為。MCF-66還可直接在鋁網上生長，用于高效油水分離（通量為8.8×103 L·m?2·h?1·bar?1）。

超疏水材料可應用于油水分離、自清潔、防冰和防腐蝕等多個領域。目前，超疏水材料大多使用氟聚合物制備，這類材料相對昂貴且存在潛在的環境危害。因此，長期以來，基于低成本和低毒性原料的超疏水材料一直受到特別關注。

多孔配位聚合物（PCPs）或金屬?有機框架（MOFs）因其結構多樣化、可設計和靈活可調等優勢，已在多個領域引起廣泛興趣。例如，通過合理選擇分子構筑單元，可以調節PCPs的親水性/疏水性。然而，目前報道的超疏水PCPs仍然非常稀少，且大多需要通過長烷基鏈、氟烷基或含有芳烴末端基團的非常復雜的配體進行功能化獲得。除特定的功能或性質外，近年來，基于低成本和低毒性原料（如Al(III)-羧酸框架）合成高穩定性PCPs的研究日益受到重視。然而，對于Al(III)-羧酸框架而言，獲得適用于衍射分析的高質量單晶尤為困難。

這項研究發現添加螯合酸有助于生長簡單的鋁基配位聚合物MCF-66的單晶。螯合酸可作為調節劑，用于合成其他難以結晶的配位聚合物的單晶。盡管一維配位聚合物MCF-66的分子排列近乎緊密，但它仍展現出有趣的柔性和對多種小分子的吸附/分離性能。MCF-66的蝶形鏈狀結構屏蔽了配位球上的親水位點，使其具有超疏水性。MCF-66的組成簡單，不僅可以使用多種低成本原料進行簡便高效的合成，還可以直接在鋁網表面生長，用于高效的油水分離。這些結果可為低成本金屬有機框架（MOF）的設計、合成和應用提供借鑒。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c12200

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