这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告：
该研究由beatriz doñagueda suso、alexandre legrand、catherine weetman、alan r. kennedy、ashleigh j. fletcher、shuhei furukawa和gavin a. craig等人共同完成。研究团队分别来自英国斯特拉斯克莱德大学（University of Strathclyde）、日本京都大学（Kyoto University）、法国里尔大学（Université de Lille）等机构。该研究于2023年发表在《Chemistry—A European Journal》期刊上。
该研究属于金属有机笼（Metal-Organic Cages, MOCs）领域，特别是关注基于刚性配体的多孔金属有机笼的合成、结构及其气体吸附性能。金属有机笼是一类具有永久孔隙的分子，其孔隙在固态下能够保持稳定。然而，如何预测和控制在活化过程中分子的重排以及如何实现外在孔隙的控制仍然是一个挑战。研究团队通过使用含有羧酸基团的刚性配体，形成了金属桨轮单元（paddlewheel units），从而保留了笼子的内在孔隙。该研究旨在设计一种新型的金属有机笼，并探索其在气体吸附中的应用，特别是对二氧化碳（CO₂）的吸附能力。
研究流程主要包括以下几个步骤：
配体合成：研究团队合成了三种新的配体，这些配体均含有bicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxydiimide单元。配体的合成通过将功能化的3-氨基苯甲酸衍生物与bicyclo[2.2.2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride在乙酸中反应完成。合成的配体分别为meolh2、ch3lh2和brlh2。
金属有机笼的合成：通过将配体与铜盐（Cu(II)）在二甲基乙酰胺（DMA）中反应，合成了三种金属有机笼，其通用化学式为[Cu4L4]。反应在80°C下进行，最终得到了单晶样品。合成的金属有机笼分别为[Cu4(meol)4(DMA)2(H2O)2]·13DMA·2H2O（1-DMA）、[Cu4(ch3l)4(DMA)2(H2O)2]·11DMA·H2O（2-DMA）和[Cu4(brl)4(H2O)4]·15DMA·2H2O（3-DMA）。
晶体结构分析：通过单晶X射线衍射（SXRD）技术，研究团队确定了三种金属有机笼的晶体结构。所有三种笼子均由两个Cu(II)桨轮单元通过四个去质子化的配体连接而成。晶体结构分析显示，笼子的孔隙大小和形状受到配体功能化的影响，且笼子在晶体中的排列方式也因配体的不同而有所差异。
气体吸附性能测试：研究团队对三种金属有机笼的气体吸附性能进行了测试，主要关注其对氮气（N₂）和二氧化碳（CO₂）的吸附能力。测试在77 K和195 K下进行，结果显示，2-DMA表现出最高的BET比表面积（521 m²/g），并且在CO₂吸附方面表现出优异的性能。研究还发现，活化条件对吸附性能有显著影响，较温和的活化条件能够提高材料的吸附能力。
配体合成与金属有机笼的制备：研究成功合成了三种新型配体，并通过与铜盐的反应制备了相应的金属有机笼。所有笼子均通过单晶X射线衍射确定了其结构，结果显示笼子的孔隙大小和形状受到配体功能化的影响。
晶体结构分析：晶体结构分析显示，三种金属有机笼的孔隙大小分别为8.435 Å（1-DMA）、9.310 Å（2-DMA）和8.157 Å（3-DMA）。笼子的孔隙大小与其功能化配体的电子和空间效应密切相关。
气体吸附性能：气体吸附测试结果显示，2-DMA在氮气吸附方面表现出最高的BET比表面积（521 m²/g），并且在CO₂吸附方面也表现出优异的性能。研究还发现，活化条件对吸附性能有显著影响，较温和的活化条件能够提高材料的吸附能力。
该研究成功设计并合成了一种新型的金属有机笼，并通过晶体结构分析和气体吸附测试揭示了其在气体吸附中的应用潜力。特别是2-DMA表现出最高的BET比表面积，并且在CO₂吸附方面表现出优异的性能。研究还发现，活化条件对材料的吸附性能有显著影响，这为未来设计高效气体吸附材料提供了重要的参考。
该研究在金属有机笼的设计和合成方面取得了重要进展，特别是在气体吸附材料的开发方面具有潜在的应用价值。研究结果表明，通过合理设计配体和优化活化条件，可以显著提高金属有机笼的气体吸附性能。这为未来开发高效的气体分离和储存材料提供了新的思路。
研究还通过溶剂交换实验，进一步验证了金属有机笼在不同溶剂中的稳定性。结果显示，金属有机笼在甲醇中表现出良好的稳定性，这为其在实际应用中的溶剂适应性提供了重要参考。
该研究在金属有机笼的设计、合成及其气体吸附性能方面取得了重要进展，为未来开发高效的气体吸附材料提供了新的思路和方法。