近日，资源化学教育部重点实验室林焦敏副研究员在多酸化合物合成取得了新的进展，相关成果在国际期刊JACS（Journal of the American Chemical Society）上在线发表，并被当选为当期的封面文章。论文题目为《Self-Assembly of Giant Mo240 Hollow Opening Dodecahedra》。我院杨仕平教授、南京师范大学兰亚乾教授以及刘江副教授为论文的通信作者，我院林焦敏副研究员和华南师范大学李宁博士为论文的共同第一作者。
在过去的几十年中，高核数和高对称性的中空多面体笼子结构如柏拉图、阿基米德和开普勒多面体等的设计合成受到了广泛的关注。一方面，这些高对称性的多面体笼子具有非常迷人的结构；另一方面，由于它们结合了无机簇和多孔结构的优点，在选择性催化、分离、识别、离子/质子传输等方面展现出广泛的应用潜力。然而，由于其独特的几何结构和高核生长（往往形成无孔结构）的要求较高，这种高核数的中空多面体笼的合成仍然是一个巨大的挑战；特别是对于复杂的多面体笼子，如柏拉图多面体中的十二面体、二十面体等，其涉及到多个单正多边形的形成和自组装、以及大的中空体积的稳定性等。
多金属氧酸盐（POM）由于其多种多样的结构和丰富的物理化学性质，是构建高核、高对称性的空心开口多面体笼的二级构建单元（SBBs）。目前，已成功探索出几个著名的以钼酸盐为SBBs的空心开口巨型多面体笼，包括最高核的空心开口二十面体Mo132和最高核空心开口立方体Mo84（图1）。然而，具有较高核数和对称性的空心开口多面体笼的发展仍处于起步阶段。
图1. 已报道的基于多钼酸盐的代表性高核中空巨型多面体笼Mo84和Mo132以及Mo240的结构和多面体几何形状。
该论文报道了一例240核的巨型多钼酸盐笼（Mo240），其具有罕见的、几乎规则的五边形十二面体结构和非常大的中空敞开内腔（内径1.8 纳米），是目前报道的核数和对称性最高的中空敞开十二面体笼。此外，该化合物具有良好的结构稳定性，并且在高温高湿度下表现出优异的质子传导性能（1.03 × 10-1 S cm-1）。
图2.十二面体笼Mo240的晶体结构
图3. Mo240的质子导电性能。
这项研究不仅为丰富巨型POM笼子家族的结构和拓扑结构增添新成员，而且可能为设计和合成高对称性和高核中空多面体化合物提供借鉴。
该工作得到了国家自然科学基金（21701111、91959105、21622104、21701085、21871141、21871142）、教育部创新团队、资源化学国际合作联合实验室、上海市高峰高原学科、江苏省国家科学基金会(21871142)的资金支持。