近日，資源化學教育部重點實驗室林焦敏副研究員在多酸化合物合成取得了新的進展，相關成果在國際期刊JACS（Journal of the American Chemical Society）上在線發表，并被當選為當期的封面文章。論文題目為《Self-Assembly of Giant Mo240 Hollow Opening Dodecahedra》。我院楊仕平教授、南京師範大學蘭亞乾教授以及劉江副教授為論文的通信作者，我院林焦敏副研究員和華南師範大學李甯博士為論文的共同第一作者。
在過去的幾十年中，高核數和高對稱性的中空多面體籠子結構如柏拉圖、阿基米德和開普勒多面體等的設計合成受到了廣泛的關注。一方面，這些高對稱性的多面體籠子具有非常迷人的結構；另一方面，由于它們結合了無機簇和多孔結構的優點，在選擇性催化、分離、識别、離子/質子傳輸等方面展現出廣泛的應用潛力。然而，由于其獨特的幾何結構和高核生長（往往形成無孔結構）的要求較高，這種高核數的中空多面體籠的合成仍然是一個巨大的挑戰；特别是對于複雜的多面體籠子，如柏拉圖多面體中的十二面體、二十面體等，其涉及到多個單正多邊形的形成和自組裝、以及大的中空體積的穩定性等。
多金屬氧酸鹽（POM）由于其多種多樣的結構和豐富的物理化學性質，是構建高核、高對稱性的空心開口多面體籠的二級構建單元（SBBs）。目前，已成功探索出幾個著名的以钼酸鹽為SBBs的空心開口巨型多面體籠，包括最高核的空心開口二十面體Mo132和最高核空心開口立方體Mo84（圖1）。然而，具有較高核數和對稱性的空心開口多面體籠的發展仍處于起步階段。
圖1. 已報道的基于多钼酸鹽的代表性高核中空巨型多面體籠Mo84和Mo132以及Mo240的結構和多面體幾何形狀。
該論文報道了一例240核的巨型多钼酸鹽籠（Mo240），其具有罕見的、幾乎規則的五邊形十二面體結構和非常大的中空敞開内腔（内徑1.8 納米），是目前報道的核數和對稱性最高的中空敞開十二面體籠。此外，該化合物具有良好的結構穩定性，并且在高溫高濕度下表現出優異的質子傳導性能（1.03 × 10-1 S cm-1）。
圖2.十二面體籠Mo240的晶體結構
圖3. Mo240的質子導電性能。
這項研究不僅為豐富巨型POM籠子家族的結構和拓撲結構增添新成員，而且可能為設計和合成高對稱性和高核中空多面體化合物提供借鑒。
該工作得到了國家自然科學基金（21701111、91959105、21622104、21701085、21871141、21871142）、教育部創新團隊、資源化學國際合作聯合實驗室、上海市高峰高原學科、江蘇省國家科學基金會(21871142)的資金支持。