近日，海角社区 无机合成与制备化学全国重点实验室刘云凌教授团队在类沸石超分子组装体（Zeolite-like Supramolecular Assemblies, ZSAs）的精准构筑领域取得重要进展。

类沸石金属–有机框架材料（Zeolitic Metal–Organic Frameworks, ZMOFs）因其规则的孔道结构和可调控的功能特性，在气体吸附与分离、催化和分子识别等领域展现出重要应用前景。然而，传统ZMOFs的构筑通常依赖预设计的多连接节点，如何从简单的一维结构单元出发，实现复杂沸石拓扑结构的可预测构筑，仍然是该领域的重要挑战。

针对传统ZMOFs设计中结构预测困难的问题，该研究提出了一种以金属有机螺旋（MOHs）为通用构筑基元的新策略。为实现基于MOHs的结构预测与筛选，研究团队首先建立了一种基于螺旋轴几何特征的简化分析方法。晶体学中的3、4和6重螺旋轴可分别转化为三角形、正方形和六边形投影，从而直观描述不同螺旋单元之间的空间连接关系。该方法表明，保持平行排列并满足四连接节点要求的螺旋轴，可通过不同连接模式形成多样化的类沸石拓扑结构。

图1.螺旋轴的几何简化模型

基于上述设计原则，研究团队进一步对数据库中的沸石网络进行系统分析，筛选出29种潜在由MOHs衍生而来的沸石拓扑结构，为后续结构设计和实验构筑提供了理论依据。

图2.数据库筛选得到的由不同螺旋轴构筑的代表性类沸石网络

在实验验证方面，研究团队选用4,5-咪唑二甲酸（ImDC）作为桥联配体，并采用双齿胺类配体作为封端调控单元，通过调节金属离子和配体结构，实现了MOHs类型的精准调控。利用Cd(II)离子、ImDC和乙二胺（En），研究团队成功构筑了ZSA-14。单晶X射线衍射分析表明，ZSA-14由4₁和4₃型MOHs通过N–H···O氢键（2.1–2.3 Å）连接组装而成，形成具有gis沸石拓扑结构的超分子网络。理论计算进一步证明，与sra拓扑相比，gis拓扑具有更低的形成能，因此在组装过程中更容易形成。为了进一步验证MOH策略的普适性，研究团队通过引入具有更大空间位阻的配体（1,2-丙二胺和2-甲基-4,5-咪唑二甲酸），实现了螺旋类型的调控，成功合成了由3₁和3₂型MOHs组装而成的ZSA-15和ZSA-16，两者均呈现sod沸石拓扑结构。此外，通过优化溶剂条件，研究团队进一步获得了由2₁型MOHs组装形成的Compound 1，其具有pts拓扑结构。这些结果充分证明了MOHs作为结构基元在构筑多样化沸石型超分子组装体中的通用性。

图3. ZSA-14和ZSA-15的结构分析

此外，该研究进一步拓展了MOH策略在手性ZMOFs构筑中的应用潜力。通过重新分析已报道的手性ZMOF（JLU-Liu 23），研究发现其结构可视为由一对共顶点连接的6₁和3₁型螺旋链构成，其中手性来源于不同螺旋单元之间的协同作用。这一发现表明，MOHs作为天然具有螺旋手性的结构单元，不仅能够直接表达手性特征，还可以通过主客体相互作用实现手性传递，为未来设计新型手性ZMOFs提供了新的思路。

图4.手性ZMOF（JLU-Liu 23）中的螺旋链组装模式

该研究成果以“From Metal–Organic Helices to Zeolite-like Supramolecular Assemblies”为题发表在Journal of the American Chemical Society（J. Am. Chem. Soc., 2026, 148, 32907–32915）。海角社区 唐抱冰博士为第一作者，海角社区 刘云凌教授与浙江师范大学李建棠教授为共同通讯作者。

综上，该研究成功建立了一种基于金属有机螺旋（MOHs）的通用构筑策略，实现了类沸石超分子组装体的可预测设计与定向合成。该策略不仅突破了传统ZMOFs依赖复杂多连接构筑单元的限制，实现了gis、sod和pts等多种代表性拓扑结构的构筑，同时为手性ZMOFs的设计提供了新的理论框架。该工作将螺旋结构作为一种全新的设计范式引入ZMOFs领域，为从一维构筑单元出发实现可编程框架结构开辟了新的路径，有望推动下一代类沸石金属有机材料的发展。

论文链接：//pubs.acs.org/jacsat/article-abstract/doi/10.1021/jacs.6c12866