WILEY访谈——东华大学宣为民教授

多金属氧簇的高核化一直是多酸研究者们不懈的追求之一。从手性簇基MOF到高核多金属氧簇的合成,宣为民教授的工作不仅揭示了团簇合成组装的配位化学机理,所合成的大量团簇结构更是颇具建筑美学。本期MVC访谈宣为民教授将为大家介绍他的科研工作并分享他的学术经历。

人物简介

宣为民,东华大学特聘研究员、博士生导师。2012年获上海交通大学应用化学博士学位,2012-2018年在英国格拉斯哥大学进行博士后研究工作。独立工作后获国家青年特聘专家、上海市高校特聘教授和上海市特聘专家。曾获2020年度国家自然科学奖二等奖。现任Polyoxometalates期刊青年编委。主要开展团簇基手性、催化和能源材料的制备及性能研究,近年来在J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.ResearchChem. Soc. Rev. 等期刊上发表SCI论文20余篇。

科研访谈

MVC:请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作。

宣为民(XWM)我们课题组主要致力于配位键构筑的团簇基晶态功能材料(MOF,cage,macrocycle等)的设计合成及功能应用。在结构设计合成方面,主要采用功能结构导向剂可控制备具有特定结构和功能导向的新型化合物;在功能应用方面,主要进行精细化学品的绿色催化合成、手性化合物的高效分离和识别以及质子/离子传导等能源转化应用。

MVC:前面提到近年来您利用手性配体为结构导向剂构筑一系列迷人的轮状多阴离子簇,在Wiley旗下Angew. Chem. Int. Ed.期刊上发表了许多代表性的研究成果,包括Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9727-9731Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 10867等等。能简单介绍一下这类高核团簇的设计思路吗?

XWM在高核团簇合成领域,如何实现基本构建单元的有序组装是构建高核簇合物的关键问题。目前普遍采用的一种合成策略是通过结构导向剂来调控构建单元的组装和排列方式。高核多金属氧簇由于其阴离子特性,通常采用水溶性简单阴离子如磷酸根、硫酸根和亚磷酸等作为结构导向剂。氨基酸作为一类手性羧酸配体,已经被广泛应用于高核过渡金属、稀土金属以及3d-4f簇合物的构筑。在这些组装体中主要是利用了羧基和氨基多样的配位能力。通过调控氨基质子化,进一步引入静电和氢键作用来辅助簇合物的构筑则关注较少,而这两种作用力恰恰非常适合用于阴离子型的高核金属氧簇的导向合成。基于上述思路,我们采用鸟氨酸作为结构导向剂,一方面通过羧酸的配位导向实现了构建单元的取向生长,首次制备了半封闭式的{Mo180};另一方面通过质子化氨基提供的静电和氢键作用,捕获了一系列阴离子模板,通过模板的尺寸效应构筑了核数递增的系列轮状高核簇合物{Mo8}@{Mo124}→{Mo36}@{Mo150},并揭示了簇合物的自组装机理。

MVC:前面提到了您在Wiley旗下的期刊上发表了多篇论文,向读者展示了大量迷人的高核钼氧簇。哪篇论文最让您引以为傲?哪些结构让您最为欣赏?为什么?

XWM首先非常感谢Wiley期刊提供重要的平台发表我的研究工作。 我目前主要是在高核金属氧簇的合成化学方面发表了系列论文,最初始的工作源自于通过不同阴离子模板构建的{Mo24Fe12}大环化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12703)。这一工作不仅揭示了低核阴离子金属氧簇在高核金属氧簇组装过程中的关键模板作用,同时还证明了氨基酸类配体的结构导向作用,为后续手性氨基酸为结构导向剂的相关工作指明了方向。前面两篇论文中提到的{Mo180}和{Mo36}@{Mo150}极具结构美学,{Mo180}呈现半开放式的斗笠状结构,可以看作是经典环状化合物{Mo154}走向全封闭式{Mo248}以及{Mo368}的中间态;而{Mo36}@{Mo150}结构中{Mo36}采用了与已报道类似化合物(Science, 2010, 327, 72)截然不同的排列方式,拓展了对于阴离子模板自适应的新认知。

MVC:您在上海交通大学的博士学习生涯主要从事MOF的研究。在格拉斯哥大学工作的六年时光,您的研究兴趣主要从MOF转移到多酸(POM),是什么促使您研究兴趣的转变?

XWMMOF材料的次级构建单元通常为金属簇合物,是MOF结构中非常重要的组成部分。在上海交大学习过程中,我合成了系列多核簇合物与手性配体构建的手性簇基MOF材料,由此充分认识到团簇在制备功能材料中的重要作用。在格拉斯哥大学我系统地在簇合物尤其是多金属氧簇的设计合成方面进行了训练,同时基于以前的手性研究背景,将两者结合开发了系列新型高核金属氧簇。总的来说,我的研究兴趣一直基于团簇领域进行深耕和拓展。

MVC:六年的英国工作和生活经历为您的生活和科研工作带来了什么影响?

XWM在英国的工作经历极大拓展了我的科研视野和思维,因为所在课题组融合了化学、化工、机械和计算机等多个领域的研究人员,研究工作极具交叉性和挑战性。此外,英国强调做科研以兴趣为导向,非常注重实验的严谨性和准确性,这对我自己独立后指导学生有很大帮助。在生活方面,英国人的上午/下午茶和酒吧文化让我更好地将生活和工作区分,也能够以更轻松的心态在生活和工作中找到平衡点。

MVC:从福州、厦门、上海再到格拉斯哥,在您丰富的学术经历中对您影响较大的人是谁(们)?

XWM我能够最终成为一名科研工作者,要非常感谢我求学和工作阶段的导师。在福州大学攻读本科时由薛金萍教授引入配位化学的研究领域,随后在厦门大学章慧教授的指导下比较全面地学习了配位化学和手性科学的基本知识,掌握了许多合成配合物的技巧。进入上海交大攻博期间,在崔勇教授的悉心指导下,通过大量无机有机合成及催化方面的训练,通过多篇论文的撰写修改,让我在晶态材料的合成和性能研究方面积累了大量经验,树立了从事科研的信心并形成了攻关领域内创新性和挑战性工作的想法,为我后续独立开展研究打下了坚实的基础。此外,崔老师的言传身教和严谨治学的科研态度,也让我之后的科研生涯受益良多。在英国格拉斯哥从事博士后研究工作,我的合作导师是Leroy Cronin教授。Cronin教授思维非常活跃、开放,课题组汇聚了来自世界各地以及具有多种研究背景的年轻人,不仅可以开展化学领域创新性的工作,还可以进行许多交叉和前沿研究课题,拓展了我的个人科研视野。

MVC:您在多酸化学领域深耕多年,在多酸合成和多酸催化方面都有很深的造诣,请展望一下高核前过渡金属团簇化学未来的研究重点和发展方向?

XWM高核前过渡金属团簇化学经过近几十年的发展,尤其是在中国科学家的大力推动下,在新结构的开发以及功能应用等方面已经取得了令人瞩目的成绩,成为团簇化学中一个重要的分支。未来该领域首先要继续加强合成方法学的创新,精准构建具有特定结构和功能化的新型簇合物;其次要应用先进的表征手段,深刻揭示高核团簇组装、形成和稳定化机制,从微观层面上实现结构和性能的调控;最后就是要立足于高核团簇多样化的结构和理化性能,发展具有应用前景的催化、信息和能源材料。

MVC:您在选择研究生的时候有什么标准?对有志从事科学研究的同学们有什么建议?

XWM我选择研究生的时候更看重他们对科研是否有兴趣,是否愿意为知识的获取以及阶段性目标的达成付出长期努力,同时我个人更倾向于选择比较乐观开朗的学生。对于有志于从事科研的同学,我的建议就是要锚定目标、坚持不懈,在科研过程中找到乐趣,形成强大的自我驱动力,才能真正做好科研。

MVC:科研工作之余,您如何平衡生活和工作?您最大的爱好是什么?

XWM现在青年科研人员工作压力都很大,在科研之外我会抽出固定时间和家人一起外出吃饭、整理家务。在周末时间重温一下英式brunch、喝个下午茶以及在附近公园慢步,这些活动都能够让我快速找到生活和工作的平衡点。闲暇之余我喜欢打篮球和羽毛球,和家人一起选择一处山青水静的地方自助旅游也是很好的放松方式。