論文題為“A Crystalline Three-dimensional Covalent Organic Framework with Flexible Building Blocks”(《一種含有柔性結(jié)構(gòu)基元的晶態(tài)三維共價(jià)有機(jī)框架》)。2018級博士研究生劉曉玲和黎建博士(北京大學(xué))為論文共同第一作者,汪成與北京大學(xué)孫俊良研究員為共同通訊作者。
共價(jià)有機(jī)框架(COFs)是一類新興晶態(tài)有機(jī)多孔材料,在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前,COFs的研究主要集中在二維 COFs,而三維 COFs的報(bào)道較少,因?yàn)槠浜铣沈?qū)動(dòng)力主要來自于共價(jià)鍵的形成,很難從原子層面對三維框架的成鍵過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制。所以,當(dāng)前所報(bào)道體系都是由剛性基元構(gòu)筑的。從理論上講,由柔性前體也可制備三維 COFs,而且有可能賦予材料特殊的柔性特質(zhì)。但是,此合成極具挑戰(zhàn)性,而且柔性基團(tuán)的引入將帶來結(jié)構(gòu)缺陷和構(gòu)型多樣等問題,結(jié)構(gòu)表征非常困難,相關(guān)研究未見報(bào)道。
汪成等人設(shè)計(jì)了含有C-O單鍵的柔性前體,通過該課題組前期所提出的“4+4”連接方式(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3302; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8705; Acc. Chem. Res. 2020, 53, 2225),成功合成了首例含有柔性基元的高結(jié)晶性三維COF(FCOF-5)。然后,他們利用旋轉(zhuǎn)電子衍射技術(shù)(cRED)技術(shù)并采取類似蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析的方法,通過17組cRED數(shù)據(jù)疊加,成功解析出FCOF-5的晶體結(jié)構(gòu)。很有意思的是,在溶劑蒸汽吸脫附過程中,F(xiàn)COF-5晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆的溶脹-收縮變化,展示出特征的呼吸效應(yīng)現(xiàn)象。此研究充分說明,由柔性前體也可構(gòu)筑三維 COFs,而且柔性基團(tuán)的引入可賦予三維COFs特殊的動(dòng)態(tài)性質(zhì),是一類全新的柔性多孔晶體材料。
參考資料
[1] 武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院,汪成教授課題組在柔性三維共價(jià)有機(jī)框架取得重要進(jìn)展,http://www.chem.whu.edu.cn/info/1312/10651.htm
[2] 論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.0c12505
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