金屬-有機框架（MOFs）是一類由無機金屬離子（或簇）和有機配體組裝而成的新型多孔性晶態(tài)材料。由于其具有高的比表面積、結(jié)構多樣、功能可調(diào)等特點，在許多領域展現(xiàn)出良好的應用前景，如氣體吸附與分離、熒光傳感、非均相催化等等。

催化是化學研究的核心方向之一，新型催化劑的成功開發(fā)有可能引起藥物合成、精細化工、石油加工等重要工業(yè)生產(chǎn)工藝的變革，大幅度降低生產(chǎn)成本。

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近年來，由于MOF催化材料在非均相催化領域表現(xiàn)出的巨大應用潛力，激發(fā)了國內(nèi)外學者的廣泛研究興趣。研究表明，利用無機金屬基元與有機功能單元的合理組合，MOFs有可能提供一個多功能催化平臺，連續(xù)催化多個反應的進行，易于實現(xiàn)單分子催化劑難以完成的分步和串聯(lián)催化反應。但是，由于缺乏切實可行的合成策略在單一MOF晶體中嵌入多個具有協(xié)同效應的催化活性中心，現(xiàn)階段MOF催化材料在這一領域的巨大潛力尚未得到有效開發(fā)。因此，開發(fā)高效可行的合成策略來制備多用途單一MOF催化劑就顯得異常重要。

要實現(xiàn)多元催化中心在單一MOF配位空間的合理配置和集成，需要解決的一個挑戰(zhàn)性科學問題是如何將多元催化中心定量、精準地安置同一個MOF框架中，從而實現(xiàn)多元催化在同一配位化學空間的協(xié)同。目前制備多功能MOFs的策略主要是通過一步合成法和后合成方法引入多功能單元，然而這些方法都無法精準控制功能單元的數(shù)量和空間分布。

最近，中山大學蘇成勇教授研究團隊發(fā)展了一種行之有效的配位空間工程（Coordination interspace engineering, CISE）方法，成功實現(xiàn)單晶體多元MOF催化劑的構筑，并應用于多種單元催化反應之間的多任務單一MOF催化原位轉(zhuǎn)換，以及2步甚至4步的連續(xù)、分步或串聯(lián)催化反應。

該合成策略是基于該課題組早前發(fā)展的“動態(tài)隔層配體插入”后組裝方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9932；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6034），通過動態(tài)可逆的第二和第三功能配體拆卸法進行原位二次組裝與解組裝，將不同功能單元在單一MOF框架中精確預留的位置進行定量引入或交換，從而實現(xiàn)單一MOF配位化學空間精準多功能化或者多任務化（Swing-role MOFs）。

通過這種方法，既可以從單一MOF出發(fā)原位轉(zhuǎn)換催化功能進而實現(xiàn)多任務MOF催化劑的構筑，也可以在單一MOF中精準定位多元催化中心，實現(xiàn)多用途單一MOF催化劑的多元協(xié)同催化。由于該合成與催化策略是基于同一MOF晶體的原位轉(zhuǎn)換和多功能化，同一MOF母體可以針對不同催化目的進行反復利用，因此可以有效降低MOF催化材料的生產(chǎn)成本，提供了一種經(jīng)濟、環(huán)境友好的低成本、多用途催化途徑。

中山大學博士研究生曹陳陳和博士后陳成俠為論文共同第一作者。

Cao C C, Chen C X, Wei Z W, et al. Catalysis through Dynamic Spacer Installation of Multivariate Functionalities in Metal-Organic Frameworks[J]. Journal of the American Chemical Society, 2019.