Reversible Discrete-to-Extended Metal–Organic Polyhedra Transformation by Sulfonic Acid Surface Functionalization

化学 表面改性 多面体 磺酸 化学稳定性 多孔性 吸附 金属有机骨架 溶解度 羧酸盐 金属 聚合物 水溶液 高分子化学 化学工程 有机化学 无机化学 物理化学 工程类 数学 几何学
作者
Javier Troyano,Satoshi Horike,Shuhei Furukawa
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (42): 19475-19484 被引量:16
标识
DOI:10.1021/jacs.2c07978
摘要

Metal-organic polyhedra (MOPs) are molecular porous units in which desired functionalities can be installed with precise geometrical and compositional control. By combing two complementary chemical moieties, such as sulfonic acid groups and Rh(II)-carboxylate paddlewheel, we synthesized a robust water-soluble cuboctahedral MOP with excellent features in both solution and solid states. Herein, we demonstrate that the superior chemical stability of the Rh2 unit and the elevated number of functional groups on the surface (24 per cage) result in a porous cage with high solubility and stability in water, including acidic, neutral, and basic pH conditions. We also prove that the sulfonic acid-rich form of the cage can be isolated through postsynthetic acid treatment. This transformation involves an improved gas uptake capacity and the capability to reversibly assemble the cages into a three-dimensional (3D) metal-organic framework (MOF) structure. Likewise, this sulfonic acid functionalization provides both MOP and MOF solids with high proton conductivities (>10-3 S cm-1), comparable to previously reported high conducting metal-organic materials. The influence of the MOP-to-MOF processing in the gas adsorption capacity indicates that this structural transformation can provide materials with higher and more controllable porous properties. These results illustrate the high potential of acidic MOPs as more flexible porous building units in terms of processability, structural complexity, and tunability of the properties.
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