Stimulus-Induced Dynamic Behavior Regulation of Flexible Crystals through the Tuning of Module Rigidity

化学 刚度(电磁) 刺激(心理学) 生物物理学 神经科学 认知心理学 心理学 量子力学 生物 物理
作者
Fang Han,Xiaoyi Liu,Hao-Jing Ding,Meagan Mulcair,Brian Space,Hongliang Huang,Xingwang Li,Shu-Ming Zhang,Mei‐Hui Yu,Ze Chang,Xian‐He Bu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (20): 14357-14367 被引量:50
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04809
摘要

Introducing dynamic behavior into periodic frameworks has borne fruit in the form of flexible porous crystals. The detailed molecular design of frameworks in order to control their collective dynamics is of particular interest, for example, to achieve stimulus-induced behavior. Herein, by varying the degree of rigidity of ditopic pillar linkers, two isostructural flexible metal–organic frameworks (MOFs) with common rigid supermolecular building bilayers were constructed. The subtle substitution of single (in bibenzyl-4,4′-dicarboxylic acid; H2BBDC) with double (in 4,4′-stilbenedicarboxylic acid; H2SDC) C–C bonds in pillared linkers led to markedly different flexible behavior of these two MOFs. Upon the removal of guest molecules, both frameworks clearly show reversible single-crystal-to-single-crystal transformations involving the cis–trans conformation change and a resulting swing of the corresponding pillar linkers, which gives rise to Flex-Cd-MOF-1a and Flex-Cd-MOF-2a, respectively. Strikingly, a more favorable gas-induced dynamic behavior in Flex-Cd-MOF-2a was verified in detail by stepwise C3H6/C3H8 sorption isotherms and the corresponding in situ powder X-ray diffraction experiments. These insights are strongly supported by molecular modeling studies on the sorption mechanism that explores the sorption landscape. Furthermore, a consistency between the macroscopic elasticity and microscopic flexibility of Flex-Cd-MOF-2 was observed. This work fuels a growing interest in developing MOFs with desired chemomechanical functions and presents detailed insights into the origins of flexible MOFs.
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