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汪成課題組在《化學研究評述》發文闡述三維共價有機框架
來源: 作者: 更新時間:2020-09-29



近日,化學領域權威期刊“化學研究評述”(Acc. Chem. Res.)發表亿万彩票汪成教授课题组综述文章。文中着重介绍了汪成课题组三維共價有機框架領域研究進展,包括拓撲設計策略、原子水平結構解析、新型構築基元和應用拓展等

論文題爲《三維共價有機框架:從拓撲設計到應用》(“Three-dimensional Covalent Organic Frameworks: From Topology Design to Applications”)。该论文第一作者为博士后桂波,通讯作者为汪成教授。

共價有機框架(COFs)是一類新興的有機多孔晶體材料,具有比表面高、密度低及可設計性強等特點,在氣體吸附與分離、催化、傳感、能源等領域都展現出廣闊的應用前景。根據其鏈接維度COFs可分爲二維COFs及三維COFs。相比于二維COFs,三維COFs具有更高的比表面、複雜的孔道結構和大量的開放功能位點等,在催化和吸附等領域具有很多優勢。然而,相比于研究相對較爲成熟的二維COFs,三維COFs的研究極具挑戰性。究其原因,主要是三維COFs的合成驅動力來自于共價鍵的形成,很難從原子層面對成鍵過程進行精准控制。此外,三維COFs還存在衆多難題待解決,包括拓撲合成策略稀少、結構表征困難、功能化前體及應用較少。因此,自2007年首次報道以來,三維COFs相關研究成果報道很少(2016年前研究性論文大概只有10篇),發展非常緩慢

面對三維COFs研究中存在的諸多挑戰汪成課題組從問題導向出發,取得了系列重要進展。考慮到一些功能分子(如及卟啉)難以通過僅有的兩種拓撲合成策略(4+2和4+3)引入到三維COFs中,他们于2016年首次报道了由四面体节点和四边形连接单元通过【4+4】连接方式構築三維COFs的新策略 (JACS, 2016, google citations: 317),並進一步證明該策略的普適性(JACS, 2017, google citations: 144)。在此基础上,合成了具有高结晶性的三維COFs粉晶樣品,首次通過電子衍射技術在原子水平確定了三維COFs粉晶樣品結構(ACIE, 2019)。此外,丰富了三維COFs的分子構築单元,並成功構築了一系列具有不同功能和应用的三維COFs(Nat Commun, 2018; JACS, 2020; ACIE, 2020),拓宽了三維COFs應用研究。

不可否認,盡管三維COFs的研究取得了較大的進展,仍處于萌芽狀態,面臨許多挑戰。最後,作者對該領域目前所面臨的挑戰和未來發展方向進行了詳細分析,相信隨著越來越多研究者的加入,該領域將會取得快速的發展。

文章鏈接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00357


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