周加境研究员/F Caruso院士团队顶刊教学综述: 金属-多酚网络复合材料(MPN) - 从基础到应用

点击数：132024-12-27 18:45:00　来源: RCS英国皇家学会

   具有可定制成分和功能的复合材料在科学界和工业界引起了广泛关注。金属-多酚网络 (Metal–phenolic networks, MPNs) 由多酚配体与金属离子组成，是一种无定形粘合配位聚合物，能够与多种功能组分结合，形成在化学、生物和材料科学中具有潜力的复合材料。本篇教学综述全面总结了 MPN 复合材料的基础理论与研究进展，重点介绍非晶态 MPN 在制造复合材料时相较于晶体金属有机框架 (MOF) 的优势，包括温和的合成条件、多样化的相互作用以及丰富的内在功能性。



   作者系统归纳了 MPN 复合材料的形成机制与前沿合成策略，为其合理设计提供理论指导。然后，详细讨论了基于不同功能组分（如小分子、高分子、生物大分子等）复合材料的化学相互作用及构效关系。最后，对 MPN 复合材料领域的主要挑战及未来发展方向进行了展望。本教学综述旨在为金属有机材料领域的研究者提供基础指导，并为提升现有功能材料在多领域应用中的性能提供深入见解和发展思路。


Review Article



引言

   具有可定制特性的功能复合材料在化学、生物学和材料科学等多学科的基础研究及转化应用中扮演者重要的角色。通过将功能材料嵌入或分布于其他材料中行程的复合材料，则可以根据需求实现各种各样的功能。有机金属框架(MOFs)就是其中的代表，然而MOFs 的功能常常受到可用于合成的配体种类、孔径大小、共价相互作用等条件的限制。
   金属-多酚网络（MPN）是一种由金属离子与酚类配体组成的无定形配位网络。酚类中的邻苯二酚和连苯三酚基团使 MPN 能够通过氢键、π-π相互作用和疏水相互作用等多种方式与功能组分结合。这使得 MPN 与一种至多种功能组分相结合的复合材料可被用于用于诸如分离、储能、药物输送、催化及生物成像等领域。 
   MPN 本身自带的高孔隙率、pH 响应性和依赖金属种类的功能性，使其在复合材料中可以进一步提升功能组分的性能。自 2013 年首次报道以来，MPN 复合材料在过去十年间发展迅猛，并在化学、生物及材料科学等多个领域展现出了应用潜力。


原文图 1. MPN复合材料的构成块、组装技术、形态、特性和应用


   在本篇教学综述中，作者介绍了 MPN 复合材料的基础知识，并突出介绍了该领域迄今为止取得主要进展，为未来的发展提供指导。

   文章首先探讨了构建 MPN 分子砌块的优势及 MPN 的物理化学特性，其与功能组件耦合制备 MPN 复合材料的优势。
   接着总结了制备 MPN 复合材料的最新技术和策略，包括络合法、模板涂层法和后改性法三种，着重介绍了有代表性的实例
   然后，分类讨论了基于不同功能组件的各种 MPN 复合材料，并详细分析了基于不同功能组分的 MPN 复合材料的协同作用及构效关系，并针对特定应用的 MPN 复合材料的合理设计提供指导。。

   最后分析了 MPN 复合材料领域未来可能面临的挑战、潜在的机遇及发展方向。如探索更多配体和功能组分、宏观结构的加工策略和孔径调节、MPN 材料结构和性能的研究等等。


综述目录 


Introduction
引言


Engineered MPNs to fabricate composites
工程 MPN 的复合材料制备


原文图 7. MPN 复合材料的特性。(a) pH 缓冲液 (b) 光响应 (c) 葡萄糖响应 (d) 抗菌 (e) 选择性性润湿  (f) 光热性能。


Synthesis strategies to engineer MPN composites
工程 MPN 复合材料的合成策略 

Diverse assembly techniques

多样化组装技术
Synthesis strategies
合成策略



原文图 8. MPN 复合材料的多种合成路线。


Design of functional MPN composites and applications
功能性 MPN 复合材料的设计与应用

MPN-small molecule composites
MPN-小分子复合材料
MPN–polymer composites
MPN-高分子复合材料 

MPN–biomacromolecule composites
MPN-生物大分子复合材料
MPN–metal nanoparticle composites
MPN-金属纳米颗粒复合材料
MPN–oxide composites
MPN-氧化物复合材料
MPN–biological entity composites
MPN-生物实体复合材料
MPN composites with other functional materials
其他功能材料与 MPN 的复合材料


Conclusions and perspectives
总结和展望


   ChemSocRev (Chemical Society Reviews) 是英国皇家化学会出版的一本顶尖期刊，发表高影响力、高权威性和高可读性的综述论文。从 1947 年创办的前身 Quarterly Review of the Chemical Society 算起，ChemSocRev 在这 70 多年里发表了许多影响深远的综述论文，已经成长为化学科学领域最具影响力和认可度的期刊之一，同时在所有科技期刊中也长期稳居各种影响力指标排名的前列。
   相较于全文性综述，ChemSocRev 独特的教学性综述 (Tutorial Review) 同样重要，这是因为教学性综述的要求是让其它领域的研究人员和新入行的研究生们也能读懂，从而成为他们了解某个新领域的宝贵入门指引。为方便读者，每一篇教学性综述还会列出若干条学习重点。