周宏才（Hong-Cai Zhou）教授于2000年获美国德克萨斯A&M大学化学博士学位，师从美国科学院院士、中国科学院外籍院士F. A. Cotton教授。随后他跟随哈佛大学美国科学院院士R. H. Holm教授从事博士后研究。2002年受聘迈阿密大学，2008年在美国德克萨斯A&M大学任正教授，2015起担任Welch Foundation首席化学家。现任美国德克萨斯A&M电化学与氢气研究中心主任和能源机构交叉学科学术委员会主席。2016年当选美国化学会会士、英国皇家化学会会士和美国科学促进会会士。周宏才教授2014-2019年连续六年被汤森路透（Thomson Reuters）评为高被引学者；H因子105，文章被引用54000余次。周宏才教授的研究主要集中在金属有机框架（MOF）的设计、合成及其在气体吸附、分离和催化等领域的应用，迄今已发表论文340余篇，其中有200余篇论文发表在Nature 系列期刊（Nat. Chem.、Nat. Commun.）、Cell Press 系列期刊（Chem、Joule、Matter）以及J. Am. Chem. Soc.和Angew. Chem. Int. Ed.等国际著名学术期刊上。周宏才教授2013年起任无机化学期刊Inorganic Chemistry副主编，获得了美国自然科学基金CAREER奖、Cottrell学者奖、杰出青年研究人员奖（DOE Hydrogen Program Special Recognition Award as part of the Hydrogen Sorption Center of Excellence）、优秀教师奖（Air Products Faculty Excellence Award）和杰出研究成果奖（The Association of Former Students Distinguished Research Achievement Award）等奖项。

周宏才教授

本文概述周宏才教授课题组最近在多孔材料领域的新进展。

1. Nat. Chem.：MOF中溶剂脱附触发的多米诺式晶格重排

2020年1月，Nature Chemistry 在线发表了周宏才教授团队与台湾清华大学、台湾中央研究院化学研究所、台湾师范大学Chia-Her Lin、Sue-Lein Wang和Kuang-Lieh Lu等教授团队，以及美国德克萨斯大学达拉斯分校Yves J. Chabal教授团队的合作成果（Nat. Chem., 2020, 12, 90–97，点击阅读详细）。基于动态配位化学和溶剂化学的方法，研究者发现一种具有高度缺陷结构的MOF材料（AlTz-53-DEF）在进行溶剂的置换与去溶剂化的过程中产生了配位不饱和的金属中心（Al）。这种不稳定化的状态会诱导邻近的有机配体产生多米诺式迁移运动，最后导致整体的晶格重排，实现了MOF合成设计的新方法。不同于传统的柔性MOF去溶剂化的表现，该合作团队所开发出来的高缺陷结构的AlTz-53-DEF可以在去溶剂化的过程中，内部晶格发生大幅度的重排，并转变到具有介孔的同分异构体AlTz-68。值得注意的是，通过再溶剂化，例如在DMF溶剂中加热，这两种结构可以发生可逆的结构互变，类似于蛋白质折叠与展开的可逆过程。

2. Matter：封装-重排策略用于构筑超疏水介孔MOF

2020年2月，Matter 上线了周宏才教授团队与台湾清华大学、台湾中央研究院化学研究所、台湾师范大学Chia-Her Lin、 Sue-Lein Wang和Kuang-Lieh Lu等教授团队的合作成果（Matter, 2020, DOI: 10.1016/j.matt.2020.01.015）。设计兼具表面超疏水性、高比表面积、大而均匀的孔径以及出色稳定性的材料对于合成化学家来说是一个非常具有挑战性的课题。在这篇工作里，研究人员展示了一种由生物系统启发的封装-重排策略，该策列通过选择性地修饰MOF的外表面，再利用晶格重排在MOF内部制造介孔，以构建超疏水介孔MOF材料。研究者利用一种有缺陷的MOF (AlTz-53)，该MOF孔隙率有限，可以通过点击反应在表面修饰上疏水性的烷基链。随后，通过溶剂脱附，MOF的内部框架发生了晶格重排，从而导致内部孔隙率和材料结晶度的显著提高。据报道，用十八碳烯功能化AlTz-68（AlTz-68-C18）的表面会产生超疏水性，水接触角为173.6°。在所有报道的超疏水框架材料中，AlTz-68-C18还是具备最高的Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面积的材料之一。此外研究表明，超疏水AlTz-68-C18和加工所得的海绵均表现出优异的油水分离性能。

3. Chem：多孔球晶超结构

2020年2月，Chem在线发表了周宏才教授团队关于多孔球晶超结构的最新研究成果（Chem, 2020, 6, 460–471）。将微晶组装成三维多级超结构对于多组分体系的设计具有重要意义，这些体系结构在储存、输送和催化等领域有着极大的发展潜力。然而，控制成核、取向生长和稳定性的局限性极大地阻碍了这些多组分体系的发展。在这篇工作中，研究者观察到了从MOF纳米纤维到球晶超结构的层级演化。在偏振光下，这些超结构显现出典型的球晶“马耳他十字”消光图案，这是首次在多孔材料中观察到该消光现象。此外，研究者通过使用混合溶剂方法调整了MOF的演化动力学，得到了具有丰富多级组装的形态。这种多级组装还可以实现MOF球晶的同框架扩张和多组分结合。这项工作提供了将多孔微晶修饰成为复杂的超结构的新途径，有望将其应用于催化以及客体运输等领域。

4. Chem. Sci.：MOF四级超结构的晶种诱导演化

2020年1月，Chemical Science 在线发表了周宏才教授团队关于MOF四级超结构晶种诱导演化的最新研究成果（Chem. Sci., 2020, 11, 1643-1648）。多级结构在自然和人造世界中被广泛观察到，并在化学和材料科学中得到了深入的探索。类似于蛋白质中的一级、二级、三级和四级结构，MOF超结构中也能实现这样多层级的结构变化。在这项工作中，研究者基于晶种生长的方法，对MOF超结构的形貌演化进行了系统研究，并将多个模块化MOF单元组装成具有更为复杂多样的超结构。例如，研究者以MOF-74-III球晶作为晶种，加入不同长度的有机配体，获得了多种四级结构。所得到的四级结构是由多个具有不同形貌的MOF单元组合而成，据目前所知，这也是第一例利用MOF三级超结构做为晶种生长的报道。这种合成方法不仅提供了一种在多孔材料中建立多级结构的简便方法，还可以通过在MOF晶种上进行二次生长来制造多尺度异质结构。

5. Trends Chem.：卟啉框架材料及其催化应用

2020年2月，Trends in Chemistry 上线了周宏才教授团队关于卟啉框架材料的最新综述与展望（Trends Chem., 2020, DOI: 10.1016/j.trechm.2020.01.003）。卟啉是一种自然界中的常见化合物，并且在许多生物过程中起着至关重要的作用，包括光合作用、氧气运输和催化转化。卟啉单元具有刚性、稳定和多功能的特点，因此可以构建框架化合物，例如MOF和共价有机框架（COF），实现多种重要应用。这篇综述总结了具有不同连接数的卟啉配体、这些配体组装所得的框架材料以及卟啉配体设计中的关键因素。此外，该综述还重点介绍了这些卟啉框架化合物作为路易斯酸催化剂、氧化催化剂、光催化剂和电催化剂等新兴催化应用。总而言之，该综述是对卟啉配体设计和框架化合物合成的最新成果的及时总结，并对多功能卟啉框架化合物在催化中的应用有着指导意义。

6. J. Am. Chem. Soc.：框架化学中的模块化全合成

2020年1月，Journal of the American Chemical Society 在线发表了周宏才教授团队关于框架化学中模块化全合成的最新研究成果（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 3069-3076）。在有机全合成中，模块化的思想通过改变模块和链接顺序，协助研究者合成了许多复杂的目标分子。然而，这种方法受限于基于共价键的分子化合物的合成。在这项工作中，研究者将模块化合成的概念扩展到框架材料中，从而在框架化学中将金属和共价有机框架（MOF和COF）分级连接，这种组装顺序是由配位键或共价键的强度决定的。这种模块化合成的策略可以将简单的结构单元逐步链接成为复杂的超结构，最终获得了具备不同模块序列的一系列多层级COF-on-MOF结构。研究者在这些框架材料中成功地实现了空间分布、组成和功能的高度可控性。据目前所知，这是第一例关于COF@MOF复合材料合成的报导，也是可控COF空间排列的是首次报道。这种通用的模块化策略不仅可以通过MOF和COF的多级组装来助力多组分框架材料的发现，由于无机或有机构筑单元的多样性，还可以提供可预测的逆向合成路线，从而获得具有高度可控性的智能材料。

周宏才课题组：

https://www.chem.tamu.edu/rgroup/zhou/

https://www.x-mol.com/university/faculty/50101