歷史性突破！華東理工大學首篇第一單位Nature

CYM 1年前 (2022-04-07) 2762瀏覽

【導讀】

共價有機框架（COFs）因其可預測的結構和有序的納米孔而在儲氣、分離、電子和催化應用中受到越來越多的關注。層間具有π堆疊的二維COFs允許電荷載流子在對齊的分子柱中傳輸，這些材料顯示出用于光能轉換和光電子學的前景。然而，材料質量和有時要求苛刻的合成程序可能會限制實際應用。特別是，二維COFs的中等結晶度會影響其在光電應用中的性能，而真空密封或嚴格厭氧條件等合成條件制約著其規模的進一步擴大。研究表明，共價有機框架（COFs）與其他有機聚合物的不同之處在于其結晶度，但由于框架形成反應的可逆性較差，因此獲得穩定和高度結晶的COFs仍然具有挑戰性。更可逆的化學可以提高結晶度，但這通常會產生物理化學穩定性差且應用范圍有限的COFs。

【成果掠影】

今日，華東理工大學朱為宏教授和英國利物浦大學Andrew I. Cooper教授（共同通訊作者）提出了一種使用可逆和可移除的共價鏈在不可逆聚合之前預組裝單體，從而實現COFs合成的重構策略，制備了增強和高結晶的亞胺COFs。

該合成路線通過簡單的工藝來生產高結晶和功能性的COFs材料。通過逐步控制溫度和溶劑，實現了預組裝尿素連接COFs的化學重構。同時，溶劑熱處理不會變成無定形，而是引發多步尿素水解反應，然后實現亞胺縮合。值得注意的是，盡管重構過程中的質量損失可能高達36%，但通過框架轉換產生了高結晶的重構COF（RC-COF）。重構的COFs中增加的結晶度改善了電荷載流子傳輸，使得犧牲光催化析氫速率高達27.98 mmol h^-1?g^-1。

此外，通過水解產生的單體的位置，是由在原位聚合前的框架中的納米約束所決定的。與直接聚合的亞胺框架相比，大大提高了RC-COFs的結晶度和功能性，且單體在聚合前隨機排列。這種納米限制輔助重構策略，為通過原子結構控制實現有機材料編程功能邁出了重要的一步。

相關研究成果以“Reconstructed covalent organic frameworks”為題發表在Nature上。