Nature子刊：位點選擇性價異構作為鎳羧酸鹽MOFs磁性、手性與催化的統一電子觸發機制！

武漢大學化學與分子科學學院張俊教授團隊在 《自然·通訊》（Nature Communications） 在線發表了其最新研究成果。論文題為“Site-Selective Valence Isomerism as a Unified Electronic Trigger for Magnetism, Chirality, and Catalysis in Ni-Carboxylate MOFs（位點選擇性價態異構驅動Ni-羧酸MOF中磁性、手性與催化性能協同調控）”，揭示了在保持晶格結構不變的前提下，通過位點選擇性價態異構即可同步調控多孔框架材料的磁性、手性光學響應與電催化性能。化學與分子科學學院博士研究生彭錦煌為論文第一作者，張俊教授為通訊作者。

金屬有機框架材料因其結構高度可設計、孔道尺寸與化學環境可精細調控，在手性光電功能、能源催化與量子比特傳感等方向展現出廣闊應用前景。憑借開放孔道與可編程配位結構，這類材料能夠在分子尺度上調節電荷分布與自旋態，是構筑多功能分子基功能材料的重要平臺。長期以來，研究多依賴外界刺激（如氣體吸附、光照或溫度變化）實現性能調控，而如何在保持晶體骨架結構不改變的前提下，實現框架內部金屬中心價態與電子結構的可控調節，并進一步建立電子態變化與多物性協同響應之間的直接關聯，是該領域的重要前沿問題。

針對這一挑戰，研究團隊通過反應體系pH調控與渦旋驅動攪拌相結合的合成策略，在同一Ni–羧酸金屬有機框架中構筑出一對等結構材料，實現了Ni(II)母相與Ni(II)/Ni(III)混合價態相的可控制備。研究表明，在不改變整體晶格拓撲的情況下，約四分之一的鎳位點發生位點選擇性氧化，形成低自旋Ni3+中心，并優先分布于特定金屬節點位置，從而構成價態異構結構單元。這一局域價態重排對材料多種物性產生協同影響：通過重構鏈內磁交換路徑，使體系低溫凈磁矩顯著增強，同時引發短波段圓二色信號方向反轉，表明局域電子結構變化可直接調制手性光譜響應，并在電催化氧析出反應中表現出更低過電位和更優反應動力學，體現出磁性、手性與催化性能的聯動提升。該研究表明，價態異構是一種有效的晶格保持型電子調控策略，能夠在單一框架體系中實現多功能響應的協同觸發與耦合優化，為可編程分子功能材料與多孔材料的設計提供了新的研究思路。

張俊教授團隊長期致力于多孔晶態材料的構筑及物性調控研究，在該領域積累了系統性原創成果（JACS 2018, 140, 5644；Nat. Chem. 2021, 13, 191；JACS 2021, 143, 7021；JACS 2023, 145, 26179；JACS 2025, 147, 35742）。前期研究系統建立了客體分子-電子結構-磁性響應之間的關聯。本次研究進一步將調控維度從客體誘導拓展到框架內位點選擇性價態異構，在保持晶格結構不變條件下實現多物性協同調控。

研究工作得到化學學院魏振威教授在高分辨率質譜測試方面提供的重要技術支持。本研究得到國家自然科學基金及學校科研公共服務平臺的支持。

論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41467-026-71747-8

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