Improving the Acidic Stability of Zeolitic Imidazolate Frameworks by Biofunctional Molecules

沸石咪唑盐骨架 生物分子 化学稳定性 分子 化学 咪唑酯 催化作用 配体(生物化学) 协同催化 组合化学 金属有机骨架 无机化学 有机化学 吸附 生物化学 受体
作者
Song Gao,Jingwei Hou,Zeyu Deng,Tiesheng Wang,Sebastian Beyer,Ana Guilherme Buzanich,Joseph J. Richardson,Aditya Rawal,Robert Seidel,Muhammad Yazid Bin Zulkifli,Weiwei Li,Thomas D. Bennett,Anthony K. Cheetham,Kang Liang,Vicki Chen
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:5 (6): 1597-1608 被引量:204
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2019.03.025
摘要

Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) have been widely investigated for their use in separation, gas adsorption, catalysis, and biotechnology. Their practical applications, however, can be hampered by their structural instability in humid acidic conditions. Here, guided by density functional theory calculations, we demonstrate that the acidic stability of two polymorphic ZIFs (i.e., ZIF-8 and ZIF-L) can be enhanced by the incorporation of functional groups on polypeptides or DNA. A range of complementary synchrotron investigations into the local chemical structure and bonding environment suggest that the enhanced acidic stability arises from the newly established coordinative interactions between the Zn centers and the inserted carboxylate (for polypeptides) or phosphate (for DNA) groups, both of which have lower pKas than the imidazolate ligand. With functional biomolecular homologs (i.e., enzymes), we demonstrate a symbiotic stability reinforcement effect, i.e., the encapsulated biomolecules stabilize the ZIF matrix while the ZIF exoskeleton protects the enzyme from denaturation.
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