汪成課題組在《化學(xué)研究評述》發(fā)文闡述三維共價有機框架
近日，化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊“化學(xué)研究評述”（Acc. Chem. Res.）發(fā)表了化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院汪成教授課題組綜述文章。文中著重介紹了汪成課題組在三維共價有機框架領(lǐng)域的研究進展，包括新拓撲設(shè)計策略、原子水平結(jié)構(gòu)解析、新型構(gòu)筑基元和應(yīng)用拓展等。
論文題為《三維共價有機框架：從拓撲設(shè)計到應(yīng)用》（“Three-dimensional Covalent Organic Frameworks: From Topology Design to Applications”）。該論文第一作者為博士后桂波，通訊作者為汪成教授。
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(shè)計性強等特點，在氣體吸附與分離、催化、傳感、能源等領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)其鏈接維度，COFs可分為二維COFs及三維COFs。相比于二維COFs，三維COFs可具有更高的比表面積、復(fù)雜的孔道結(jié)構(gòu)和大量的開放功能位點等，在催化和吸附等領(lǐng)域具有很多優(yōu)勢。然而，相比于研究相對較為成熟的二維COFs，三維COFs的研究極具挑戰(zhàn)性。究其原因，主要是三維COFs的合成驅(qū)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準控制。此外，三維COFs還存在眾多難題待解決，包括拓撲合成策略稀少、結(jié)構(gòu)表征困難、功能化前體及應(yīng)用較少。因此，自2007年首次報道以來，三維COFs相關(guān)研究成果報道很少（2016年前研究性論文大概只有10篇），發(fā)展非常緩慢。
面對三維COFs研究中存在的諸多挑戰(zhàn)，汪成課題組從問題導(dǎo)向出發(fā)，取得了系列重要進展?？紤]到一些功能分子（如芘及卟啉）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，他們于2016年首次報道了由四面體節(jié)點和四邊形連接單元通過【4+4】連接方式構(gòu)筑三維COFs的新策略 (JACS, 2016, google citations: 317)，并進一步證明了該策略的普適性（JACS, 2017, google citations: 144）。在此基礎(chǔ)上，合成了具有高結(jié)晶性的三維COFs粉晶樣品，并首次通過電子衍射技術(shù)在原子水平確定了三維COFs粉晶樣品結(jié)構(gòu)(ACIE, 2019)。此外，豐富了三維COFs的分子構(gòu)筑單元，并成功構(gòu)筑了一系列具有不同功能和應(yīng)用的三維COFs（Nat Commun, 2018; JACS, 2020; ACIE, 2020），拓寬了三維COFs應(yīng)用研究。
不可否認，盡管三維COFs的研究取得了較大的進展，但仍處于萌芽狀態(tài)，面臨許多挑戰(zhàn)。最后，作者還對該領(lǐng)域目前所面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)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(lǐng)域將會取得快速的發(fā)展。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00357
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