山西
武汉大学化学与分子科学学院张俊教授团队在 《自然·通讯》（Nature Communications） 在线发表了其最新研究成果。论文题为“Site-Selective Valence Isomerism as a Unified Electronic Trigger for Magnetism, Chirality, and Catalysis in Ni-Carboxylate MOFs（位点选择性价态异构驱动Ni-羧酸MOF中磁性、手性与催化性能协同调控）”，揭示了在保持晶格结构不变的前提下，通过位点选择性价态异构即可同步调控多孔框架材料的磁性、手性光学响应与电催化性能。化学与分子科学学院博士研究生彭锦煌为论文第一作者，张俊教授为通讯作者。
金属有机框架材料因其结构高度可设计、孔道尺寸与化学环境可精细调控，在手性光电功能、能源催化与量子比特传感等方向展现出广阔应用前景。凭借开放孔道与可编程配位结构，这类材料能够在分子尺度上调节电荷分布与自旋态，是构筑多功能分子基功能材料的重要平台。长期以来，研究多依赖外界刺激（如气体吸附、光照或温度变化）实现性能调控，而如何在保持晶体骨架结构不改变的前提下，实现框架内部金属中心价态与电子结构的可控调节，并进一步建立电子态变化与多物性协同响应之间的直接关联，是该领域的重要前沿问题。
针对这一挑战，研究团队通过反应体系pH调控与涡旋驱动搅拌相结合的合成策略，在同一Ni–羧酸金属有机框架中构筑出一对等结构材料，实现了Ni(II)母相与Ni(II)/Ni(III)混合价态相的可控制备。研究表明，在不改变整体晶格拓扑的情况下，约四分之一的镍位点发生位点选择性氧化，形成低自旋Ni3+中心，并优先分布于特定金属节点位置，从而构成价态异构结构单元。这一局域价态重排对材料多种物性产生协同影响：通过重构链内磁交换路径，使体系低温净磁矩显著增强，同时引发短波段圆二色信号方向反转，表明局域电子结构变化可直接调制手性光谱响应，并在电催化氧析出反应中表现出更低过电位和更优反应动力学，体现出磁性、手性与催化性能的联动提升。该研究表明，价态异构是一种有效的晶格保持型电子调控策略，能够在单一框架体系中实现多功能响应的协同触发与耦合优化，为可编程分子功能材料与多孔材料的设计提供了新的研究思路。
张俊教授团队长期致力于多孔晶态材料的构筑及物性调控研究，在该领域积累了系统性原创成果（JACS 2018, 140, 5644；Nat. Chem. 2021, 13, 191；JACS 2021, 143, 7021；JACS 2023, 145, 26179；JACS 2025, 147, 35742）。前期研究系统建立了客体分子-电子结构-磁性响应之间的关联。本次研究进一步将调控维度从客体诱导拓展到框架内位点选择性价态异构，在保持晶格结构不变条件下实现多物性协同调控。
研究工作得到化学学院魏振威教授在高分辨率质谱测试方面提供的重要技术支持。本研究得到国家自然科学基金及学校科研公共服务平台的支持。
论文链接： https://www.nature.com/articles/s41467-026-71747-8
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