瓜環-金屬離子配位作用驅動的瓜環基框架

陳麗霞，高瑞晗，陶 朱

(貴州大學 貴州省大環化學及超分子化學重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

自從FUJITA和YAGHI分別提出配位網絡[1]和金屬有機框架(metal organic frameworks，MOFs)[2]的概念以來，不僅一系列結構優雅、性能新穎的框架層出不窮，相關應用不斷發展[3-4]，而且還發展了更多框架體系，如共價有機框架[5]和超分子有機框架結構[6]。對于所有多孔網絡和框架結構，其構建的基本原理是通過配位鍵、共價鍵和分子間超分子相互作用，將簡單的有機和無機構建塊連接起來，形成擴展的多孔結構。其中，選擇合適的基單元來構建具有合適特性的多孔網絡和框架結構非常重要。

通常，瓜環(Q[n]s)含有n個由2n亞甲基連接的苷脲單元，理論計算結果表明：瓜環的端口羰基氧呈現顯著的負性靜電勢，空腔內表面靜電勢接近中性，而空腔外壁呈現顯著的正性靜電勢[7]。因此，瓜環的結構和表面靜電勢性質決定了瓜環化學研究的三個相對獨立的主要方向，即：1)瓜環的主客體化學，它與瓜環空腔包結各種客體有關，已成為瓜環化學研究的主流[8-12]；2)瓜環的配位化學，涉及瓜環靜電勢呈現負電性端口羰基氧與金屬離子(Mz+)之間的配位作用，是瓜環化學研究的一個重要分支[13-15]；3)外壁作用化學，涉及瓜環靜電勢呈現正電性外壁與各種陰離子的相互作用，是瓜環化學研究的一個新興分支[16]。然而，我們在這三個相對獨立的研究方向中均很容易觀察到瓜環基框架結構，這不僅說明瓜環是構建框架的理想構筑模塊，而更重要的是瓜環基框架化學可將瓜環的主客體化學、配位化學以及外壁作用化學有機結合起來。

目前，文獻[17-19]已對外壁作用驅動的瓜環基框架進行了比較全面的總結，考慮到三類瓜環基框架結構涉及內容豐富，我們僅對實驗室近年來瓜環與金屬離子配位驅動的瓜環基框架的相關研究報道分類進行歸納和總結，希望能夠為后續的理論研究以及實際應用的探索提供理論和實踐依據。

1 瓜環-金屬離子配位作用驅動的瓜環基框架

通常，瓜環(Q[n]s)與金屬離子(Mz+)的配位能力與瓜環端口羰基氧分布密度相關，因此瓜環的配位能力隨n值的增加而降低。然而，結構導向試劑通過外壁作用，如陰離子誘導外壁作用或芳環誘導外壁作用可調控瓜環與瓜環的排布狀態，提高瓜環的配位能力[14-15]。而對于瓜環-金屬離子配位作用驅動的瓜環基框架，則不僅要求瓜環能與金屬離子配位，而且還要求形成的配合物或聚合物進一步構建形成框架結構。根據Q[n]/Mz+配合物的類型，與Q[n]/Mz+配合物相關的框架可分為簡單Q[n]/Mz+配合物、一維Q[n]/Mz+基配位聚合物、二維Q[n]/Mz+基配位聚合物和三維Q[n]/Mz+基配位聚合物。簡單的Q[n]/Mz+配合物、一維及二維配位聚合物需通過輔助作用(如瓜環外壁作用[18-19]、氫鍵)形成超分子框架，而二維及三維配位聚合物直接形成配位框架，即MOFs。圖1給出了5個代表性瓜環的結構及其靜電勢分布示意圖。

圖1 5個代表性瓜環的結構及其靜電勢分布示意圖Fig.1 The structures of five representatives and the electrostatic potential distribution for the representatives of Q[n]s

1.1 由簡單Q[n]/Mz+配合物構建的超分子框架

本實驗室研究了水溶液中Q[5]與鑭系陽離子(Ln3+)、堿金屬離子(A+)和過渡金屬離子之間的相互作用。在優化的條件下，Q[5]分子可以與Ln3+和A+混合或Ln3+同時配位，形成分子包狀或分子碗狀的金屬配合物。在這些配合物中，分子包狀混合金屬K+/Q[5]/Sm3+和Na+/Q[5]/Pr3+配合物以及分子碗狀Q[5]/Eu3+配合物(圖2(a)—(c))，可以沿著a軸進一步疊加成兩個不同的蜂窩狀超分子框架(圖2(d)—(f))?？蚣苤忻總€通道由6條Q[5]配合物鏈通過自身誘導外壁作用(圖2(g)(h))或陰離子誘導外壁作用(圖2(i))構筑而成[20]。

(a)(b)K+/Q[5]/Sm3+和Na+/Q[5]/Pr3+混合金屬配合物；(c) Q[5]/Eu3+配合物；(d)—(f)相應配合物沿著a軸的蜂巢狀超分子框架；(g)(h)自身誘導外壁作用；(i)陰離子誘導外壁作用。圖2 Q[5]與堿金屬離子及鑭系陽離子形成的配合物及其超分子框架Fig.2 Q[5]-based complexes and supramolecular frameworks formed with alkali metal ions and lanthanide cations

Q[5]還能形成聚輪烷，進而構筑Q[5]基超分子框架。例如，將含有[SiW12O40]4-陰離子引入(OH)10Q[5]-Ba2+體系，可獲得一個由12個Ba2+陽離子直接配位連接的6個(OH)10Q[5] (圖3(a))。這些環通過(OH)10Q[5]分子外壁上的羥基間的氫鍵融合成一個2D超分子框架(圖3(b))，而2D框架間又通過[SiW12O40]4-的陰離子誘導外壁作用形成3D超分子框架(圖3(c))[21]。

(a)(OH)10Q[5]基多聚輪烷；(b)自身誘導外壁作用形成(OH)10Q[5]/Ba2+基2D超分子框架；(c)[SiW12O40]4-陰離子誘導外壁作用形成的(OH)10Q[5]/Ba2+基3D超分子框架。圖3 (OH)10Q[5]與/Ba2+形成的多聚輪烷、2D及3D超分子框架Fig.3 (OH)10Q[5]/Ba2+ polyrotaxane, 2D and 3D supramolecular frameworks

(a)—(c) K+、Rb+及Cs+與m-HMeQ[6]形成簡單配合物；(d)—(f) 由配合物構筑的超分子鏈；(g)—(i) 超分子鏈構筑的蜂巢狀框架結構。圖4 K+、Rb+及Cs+與m-HMeQ[6]形成的簡單配合物、超分子鏈及框架結構Fig.4 Simple complexes, supramolecular chains and framework structures of K+, Rb+ and Cs+ with m-HMeQ[6]

在鹽酸介質中，過渡金屬離子容易形成多氯陰離子，借助陰離子誘導外壁作用其圍繞在瓜環外壁周圍形成負電性氛圍，導致Mz+容易與瓜環配位，形成各種Q[n]/Mz+聚合物及框架結構[14-15]。當我們研究三價鑭系陽離子(Ln3+)與反式七元瓜環(iQ[7])的配位時發現，在[ZnCl4]2-陰離子的幫助下可形成簡單的iQ[7]/Ln3+配合物。圖5(a)以iQ[7]/Eu3+配合物為例，相鄰iQ[7]/Eu3+配合物通過端口羰基氧基團與配位H2O分子氫鍵作用形成“Z”字形iQ[7]/Eu3+基超分子鏈(圖5(b)(c))。鏈中每一個iQ[7]/Ln3+配合物都伴隨著6個[ZnCl4]2-陰離子(圖5(d))，而鏈與鏈又通過[ZnCl4]2-的陰離子誘導外壁作用形成3DiQ[7]/Ln3+基超分子框架(圖5(e))[23]。

1.2 由Q[n]/Mz+基1D配位聚合物構建的超分子框架

在一維配位聚合物構建的框架結構中，由其堆積形成蜂巢狀框架結構比較常見，并且與由簡單配合物構筑形成蜂巢狀框架結構相似，由一維配位聚合物的堆積形成三維多孔超分子框架的驅動力主要來自瓜環的自身誘導和陰離子誘導外壁作用。

除了未取代的Q[6]外[14-15]，反式Q[6] (iQ[6])和烷基取代Q[6]與Mz+的一維配位聚合物也能構筑形成多孔超分子框架。而多氯過渡金屬陰離子的存在使這些瓜環很容易與A+、堿土金屬離子(AE2+)和Ln3+陽離子配位，形成一維“Z”字形配位聚合物，借助瓜環的自身誘導和陰離子誘導外壁作用構筑形成各種Q[6]配合物基框架。如iQ[6]直接與A+、AE2+和Ln3+陽離子配位，形成“Z”字形的iQ[6]/Mz+基一維配位聚合物(圖6(a)(c)(e)(g)(i)(k))，而這些聚合物通過多氯鋅或鎘陰離子誘導的外壁作用構筑形成3D多孔超分子框架(圖6(b)(d)(f)(h)(j)(l))[23-25]。而每一個瓜環分子周圍均有多氯過渡金屬陰離子圍繞是這些框架結構的共同特點。同樣，烷基取代六元瓜環，如半甲基六元瓜環及對稱的八甲基六元瓜環在多氯過鎘陰離子存在條件下也可形成類似的框架結構[26-27]。

(a) iQ[7]/Eu3+簡單配合物；(b) 相鄰iQ[7]/Eu3+配合物通過端口羰基氧與配位H2O分子氫鍵作用形成一維鏈；(c) “Z”字形iQ[7]/Eu3+基超分子鏈；(d) 環繞6個[ZnCl4]2-陰離子的iQ[7]/Ln3+配合物；(e) 3D iQ[7]/Ln3+基超分子框架。圖5 Eu3+與iQ[7]的簡單配合物、超分子鏈及其框架結構Fig.5 Simple complexes, supramolecular chains and framework structure of Eu3+ with iQ[7]

事實上，最早關于多氯過渡金屬陰離子促進瓜環和Mz+配位形成聚合物的報道是在Q[7]與金屬離子配位研究中偶然發現的。經過大量失敗的實驗，我們發現在Q[7]-Ln3+-HCl體系中引入鎘離子可以輕松、快速地得到基于Q[7]/Ln3+的一維配位聚合物，并將這一合成策略擴展到其他過渡金屬以及瓜環體系，得到良好效果，特別是引申出瓜環外壁作用這一重要概念[14-16]。如在反式Q[7] (iQ[7])體系中引入多氯過渡金屬陰離子，也可得到“Z”字形的iQ[7]/Mz+配位聚合物，借助[ZnCl4]2-陰離子誘導外壁作用獲取iQ[7]/Mz+基超分子框架，M包括A+、AE2+和Ln3+等金屬離子。對于iQ[7]-Na+-[ZnCl4]2-，iQ[7]-K+-[ZnCl4]2-，iQ[7]-Mg2+-[ZnCl4]2-和iQ[7]-Ca2+-[ZnCl4]2-體系[28-29]，相鄰的iQ[7]分子僅由一個金屬陽離子連接在“Z”字形iQ[7]-Mz+基配位聚合物(圖7(a))。鏈中每一個iQ[7]分子均被多個[ZnCl4]2-陰離子圍繞(圖7(b))，借助陰離子外壁作用，一維“Z”字形iQ[7]-Mz+基配位聚合物可構筑形成多孔框架結構(圖7(c))。而對于iQ[7]-Sr2+-[ZnCl4]2-，iQ[7]-Ba2+-[ZnCl4]2-，iQ[7]-Sr2+-[CdCl4]2-，iQ[7]-Ba2+-[CdCl4]2-，(OH)Q[7]-Ca2+-[CdCl4]2-和(OH)Q[7]-Sr2+-[CdCl4]2-體系，相鄰的iQ[7]或(OH)Q[7]分子通過兩個金屬陽離子連接在“Z”字形iQ[7]-Mz+基配位聚合物(圖7(d))。在[ZnCl4]2-或[CdCl4]2-陰離子誘導作用下(圖7(e))，進一步構筑形成多孔框架結構(圖7(f))[29]。

(a)(b)iQ[6]/K+；(c)(d)iQ[6]/Rb+；(e)(f) iQ[6]/Ca2+；(g)(h) iQ[6]/Sr2+；(i)(j) iQ[6]/Er3+；(k)(l) iQ[6]/Gd3+的一維配位聚合物和及三維超分子框架。圖6 iQ[6]/Mz+一維配位聚合物及其形成的超分子框架(M = K/Rb+、Ca/Sr2+和Er3+)Fig.6 iQ[6]/Mz+ coordination polymers and their supramolecular frameworks (M = K/Rb+, Ca/Sr2+and Er3+)

(a)一個金屬離子連接的iQ[7]/Mz+配位聚合物；(b)詳細的四氯鋅酸或鎘酸陰離子與iQ[7]間的離子偶極作用；(c) iQ[7]/Mz+配位聚合物構筑的超分子框架；(d)兩個金屬離子連接的iQ[7]/Mz+配位聚合物；(e)詳細的四氯鋅酸或鎘酸陰離子與iQ[7]間的離子偶極作用；(f) iQ[7]或(OH)Q[7]/Mz+配位聚合物構筑的超分子框架。圖7 iQ[7]/Mz+配位聚合物及其形成的超分子框架(M=A+、AE2+和Ln3+)Fig.7 iQ[7]/Mz+ coordination polymers and their supramolecular frameworks (M=A+,AE2+ and Ln3+)

到目前為止，螺旋Q[15](tQ[15])是瓜環家族中最大的[30]?！白畲蟆钡囊馑疾皇侵付丝诨蚩涨坏拇笮?，而是指tQ[n]s。由于呈螺旋結構，tQ[n]s具有更高的端口羰基氧原子密度，因此與金屬離子的配位能力更強[30-31]。雖然我們實驗室目前還沒有對基于tQ[n]的配位化學進行全面的研究，但從所得的晶體結構可以看出，tQ[n]s不僅容易與金屬離子配位形成1DtQ[n]/Mz+配位聚合物，還可借助[CdCl4]2-陰離子誘導的外壁作用構建tQ[n]/Mz+基超分子框架結構(圖8)。圖8(a)展示了線性的tQ[14]-Dy3+配位聚合物對，其中淺紫色和粉色為對映結構的tQ[14]分子。這是因為tQ[14]的螺旋結構特征所致?；趖Q[14]-Dy3+的配位聚合物在[CdCl4]2-陰離子存在條件下進一步構建形成tQ[14]-Dy3+超分子框架(圖8(b)(c))，驅動力來自自身誘導和陰離子誘導的外壁作用[18]。類似地，圖8(d)展示了由[CdCl4]2-陰離子包圍的tQ[13]/Ln3+基配位聚合物對和圖8(e)(f)展示了沿c和a軸的tQ[13]-Ln3+基超分子框架(Ln=Dy和Eu)[30]。

(a)tQ[14]/Dy3+的一維配位聚合物；(b)(c) tQ[14]/Dy3+的超分子框架中的[CdCl4]2-(從不同方向觀察到的陰離子) ；(d) tQ[13]/Dy3+的一維配位聚合物；(e)(f) tQ[13]/Dy3+超分子框架與[CdCl4]2-陰離子(從不同方向觀察)。圖8 [CdCl4]2- 陰離子誘導的tQ[n]s/Dy3+配位聚合物及其超分子框架Fig.8 [CdCl4]2- anion induced tQ[n]s/Dy3+ coordination polymers and their supramolecular frameworks

1.3 由Q[n]/Mz+基2D配位聚合物構筑的超分子框架

通常由簡單Q[n]/Mz+配合物或一維配位聚合物構建的框架需要借助自身誘導、陰離子誘導或芳香誘導的外壁作用等作用的輔助才能完成，所構建的框架一般屬于Q[n]/Mz+基超分子框架，而二維或三維Q[n]/Mz+基配位聚合物則屬于典型的MOFs。例如，文獻[14-15]中提到，Q[5]與Sm3+在Q[5]-Sm(NO3)3-CuCl2-HCl (1.0M)體系中的配位可以形成波紋狀的Q[5]/Sm3+基2D MOFs。最近，我們又報道了類似的2D MOFs，即1,2,3-六甲基取代五元瓜環(1,2,3-HMeQ[5])與K或Rb離子，在對硝基苯酚的存在條件下可形成1,2,3-HMeQ[5]/K+或Rb+基2D MOFs[32]。在這個框架中，每個1,2,3-HMeQ[5]分子通過與K+或Rb+離子直接配位連接到三個相鄰的1,2,3-HMeQ[5]分子(圖9(a))，該單元可以進一步拓展形成1,2,3-HMeQ[5]/K+或Rb+基2D MOFs(圖9(b))，相鄰2D MOFs再借助對硝基苯酚分子中-NO2和-OH單元與1,2,3-HMeQ[5]分子外壁之間的C—H…π和π相互作用，基芳環誘導外壁作用 (圖9(c))堆疊在一起形成3D超分子框架(圖9(d))。

(HO)10Q[5]-Ln3+-[Na4(SiW12O40)]-H2O相互作用體系表現出有趣的性質。較輕的Ln3+(La—Tb)離子半徑稍大，可直接與瓜環分子配位形成分子膠囊狀Ln3+/(HO)10Q[5]/Ln3+配合物；而較重的Ln3+(Ho-Lu)則并不生成這樣的膠囊，而是Na+離子與(HO)10Q[5]分子的端口羰基以及腰上羥基配位形成波浪形(HO)10Q[5]/Na+基2D MOFs(圖10(a)(b))，其中(HO)10Q[5]腰上羥基與[SiW12O40]4-陰離子族的氧原子間的氫鍵和陰離子誘導的外壁作用致使(HO)10Q[5]/Na+/[SiW12O40]4-基3D超分子框架的形成(圖10(c))[33]。

(a) 每個1,2,3-HMeQ[5]分子通過與K+或Rb+離子直接配位與相鄰的1,2,3-HMeQ[5]分子作用情況；(b)由1,2,3-HMeQ[5]分子與K+或Rb+作用形成的2D MOFs；(c)借助對硝基苯酚的芳環誘導外壁作用相鄰2D MOFs之間相互作用；(d)二維MOFs的堆疊3D超分子框架。圖9 1,2,3-HMeQ[5]/K+或Rb+基2D MOFsFig.9 1,2,3-HMeQ[5]/K+ or Rb+ based 2D MOFs

(a) (HO)10Q[5]/Na+配合物；(b) (HO)10Q[5]/Na+基2D MOFs；(c) (HO)10Q[5]/Na+/[SiW12O40]4-基3D超分子框架。圖10 (HO)10Q[5]/Na+配合物及其框架Fig.10 (HO)10Q[5]/Na+coordination polymer and its supramolecular framework

1.4 由Q[n]/Mz+基3D配位聚合物構筑的超分子框架

Q[n]/Mz+基3D超分子框架分別由簡單Q[n]/Mz+配合物、1D配位聚合物以及2D配位聚合物借助OSIQ和其他超分子相互作用構筑而成。例如，在對苯二酚(Hyq)存在下，將RbCl 引入Q[7]的水溶液形成晶體，其中Rb+陽離子通過與Q[7]和Hyq的配位形成Rb2(μ-OH)(H2O)2結(圖11(a))；每個Rb2(μ-OH)(H2O)2結連接4個Q[7]分子，每個Q[7]分子封裝一個 Hyq分子，形成一個包合物。同時，每個Q[7]分子的兩個端口分別與一個 Rb2(μ-OH)(H2O)2結配位，因此，4個Q[7]分子和5個Rb2(μ-OH)(H2O)2結構成基本構筑單元(圖11(b))。從而進一步融合成基于Q[7]-Hyq-Rb+的3D MOF(圖 11(c)—(f))[34]。

(a) Rb基結; (b) 基本構筑單元; (c)—(e)不同方向觀察的 Hyq@Q[7]/Rb2(μ-OH)(H2O)2 基 3D MOF。圖11 Hyq@Q[7]/Rb+配合物及其框架Fig.11 Hyq@Q[7]/Rb+ coordination polymer and its 3D framework

2 Q[n]/Mz+基框架的潛在應用

一般來說，由于其孔、通道結構的周期性，框架材料具有分子識別與鑒定、分子反應器與容器、儲氣、分離、催化等特點。類似地，Q[n]/Mz+基框架也應具有相關的性質[35-37]。本節我們將著重介紹近年來發現的新的相關性質。

2.1 分子容器

我們已經提到Q[5]分子可以誘導萘酚的室溫磷光(room temperature phosphorescence，RTP)[35]，反過來，萘酚可以通過芳香誘導的外壁作用與Q[5]相互作用，構建一個超分子框架，如圖12(a)(b)所示。雖然Q[5]不能像Q[7]或Q[8]那樣可包結喹啉客體并導致其產生誘導RTP[36]，但Q[5]可通過芳環誘導以及自身誘導的外壁作用構建Q[5]/Tl+/萘酚基框架結構(圖12(c)(d))，從而創造出特殊空間，其中包含發光團(萘酚分子)和重原子(Tl+陽離子)。因此，Q[5]/Tl+/萘酚體系表現出很強的RTP(圖12(e))。

(a)(b) 在1-萘酚(1)和2-萘酚 (2) 作用下形成的Q[5]/Tl+超分子框架；(c)(d) Q[5]與萘酚間的芳環誘導以及Q[5]分子間的自身誘導外壁作用；(e)不同體系的RTP強度。圖12 萘酚誘導Q[5]/Tl+超分子框架及其室溫磷光效應Fig.12 Naphthols induces Q[5]/Tl+ supramolecular frameworks and their room temperature phosphorescence effect

2.2 識別與分離

1.3節已提及在Na4[SiW12O40]存在條件下，(HO)10Q[5]表現出可直接與較輕的Ln3+(La3+—Tb3+)配位形成分子膠囊型配合物，而且更傾向于與Na+配位形成分子膠囊型配合物，使較重的Ln3+(Ho3+—Lu3+)留在溶液中。因此，利用離子半徑的微小差異來識別或分離較重和較輕的鑭系元素，建立一種分離較重和較輕鑭系元素的方法[33]。另一個例子是Ln3+與iQ[6]在[ZnCl4]2-陰離子的作用下形成的框架。最顯著的結果是：1)iQ[6]與La3+、Ce3+作用后立即沉淀；2)iQ[6]不能與Sm3+、Eu3+形成固體晶體，而iQ[6]與剩余的Ln3+經一定時間后形成如圖6(i)—(l)所示的超分子框架。這表明，利用iQ[6]/Ln3+配位特性也可用于建立重、輕稀土的分離方法。圖13為幾個典型的混合Ln3+離子體系的能譜分析。一般來說，原子序列差越大，分離效果越好[25]。

圖體系的能譜圖Fig.13 Energy dispersive spectroscopies of solid obtained from the five systems, respectively

2.3 選擇性吸附

框架結構最典型的性質莫過于它們的吸附性能，在瓜環基框架中也可以觀察到類似的吸附性能。例如，在[ZnCl4]2-存在條件下，iQ[7]與Ln3+相互作用形成超分子框架(圖14(a))，也表現出較高的甲醇吸附能力(圖14(b))[37]。同樣，在[CdCl4]2-存在條件下，半甲基六元瓜環(HMeQ[6])與Ca2+或Ba2+離子相互作用，分別形成2種不同的超分子框架(圖15(a)(b))，框架中通道的不同極性導致揮發性化合物的吸附特性不同：Ca2+體系更傾向于吸附乙醚(Et2O)，而Ba2+體系更傾向于吸附甲醇(CH3OH) (圖15(c)(d))[26]。

(a) iQ[7]/Ln3+基超分子框架 (b)揮發性化合物吸附特性曲線圖14 iQ[7]/Ln3+基超分子框架及其對揮發性化合物的吸附特性Fig.14 iQ[7]/Ln3+ based supramolecular framework and its adsorption characteristics for volatile compounds

(a)(b) HMeQ[6]/Ca2+/[CdCl4]2-和HMeQ[6]/Ba2+/[CdCl4]2-基超分子框架；(c)(d) 2種框架對5種代表性揮發性化合物的吸附特性曲線。圖15 HMeQ[6]/AE2+/[CdCl4]2-基超分子框架及其對揮發性化合物的吸附特性Fig.15 HMeQ[6]/AE2+/[CdCl4]2- based supramolecular frameworks and their adsorption characteristics for volatile compounds

3 結論

本文著重總結了近幾年實驗室研究Q[n]/Mz+基框架取得的一些新的進展及其可能的應用前景，作為對國內外其他學者和我們在此之前一系列工作的補充。Q[n]/Mz+基框架按其基本構造模塊大致可分為兩類，即由簡單Q[n]/Mz+配合物以及Q[n]/Mz+基一維超分子鏈或配位聚合物構建框架，因其通常需借助自身誘導、陰離子誘導、芳環誘導的外壁作用等分子間弱相互作用，因而屬于Q[n]/Mz+基超分子框架；而對于Q[n]/Mz+基二維或框架結構，本身就具有金屬有機框架結構的特征，故屬于MOFs。

與其他框架材料一樣，Q[n]/Mz+基框架也可以作為分子容器，具有分子識別、分離和選擇性吸附等特性，可作為固定相材料等功能特性。因此，Q[n]/Mz+基框架有望在分子篩、吸附分離、藥物傳遞、多相催化等領域得到應用。大量的Q[n]/Mz+配位研究成果，各種Q[n]/Mz+配合物、超分子框架和MOFs合成策略的建立，以及對眾多瓜環家族成員的研究，都奠定了良好的理論基礎，為構建更新穎的Q[n]/Mz+基框架材料提供了物質基礎和實踐經驗。