东华大学廖耀祖课题组连发Mater. Today/Trends Chem.：“一网打尽”COFs材料的合成与制备

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks，COFs)是一类由有机分子通过共价键组装而成的晶态多孔材料。COFs材料由于其结构可调、规整孔道和高孔隙率等优势受到越来越多的关注，可以作为探索下一代功能材料的研究平台。近日，东华大学廖耀祖教授课题组全面总结了制备多晶和单晶COFs材料的研究进展。相关文章分别以“Polycrystalline covalent organic frameworks”和“Single-crystalline covalent organic frameworks”为题发表在材料类和化学类著名期刊《今日材料》(Materials Today, IF = 24.2)和《化学趋势》(Trends in Chemistry, IF = 15.70)上，东华大学材料科学与工程学院钱成副教授为论文第一作者。

共价有机框架(COFs)是一类由构筑单元通过共价键将有机分子精确地组装而成的多孔晶态材料。由于其具有稳定骨架、扩展π共轭和易于功能化修饰等优点，COFs材料在气体吸附和分离、能量储存与转化、催化、生物医学和环境修复等领域展现出巨大的应用潜力。COFs材料模块化设计的特征允许其最终形成结构明确且可预测的网络结构。在合成新型COFs材料的过程中，结晶性是最重要的评价指标之一。由于COFs的结晶过程依赖于许多关键参数，如溶剂和催化剂的用量与类型、构筑单元的溶解度以及反应温度和时间，因此确定合适的反应条件获得高质量的COFs材料仍然是一个艰巨的挑战，发展高效、简洁的合成方法已经成为推动COFs领域发展的动力之一。最近的研究表明，反应条件的控制对所得COFs材料的化学结构和理化性能具有重要的影响。虽然溶剂热法是目前制备COFs材料的主流方法，但是人们也相继探索了一些其它方法用于合成高结晶性COFs材料，它们最终以多晶(粉末和薄膜)或单晶形式而获得。基于此，东华大学廖耀祖教授课题组全面梳理了多晶和单晶COFs材料合成方法的研究进展。作者首先介绍了COFs的研究现状，包括拓扑设计和键连化学，然后详细介绍了一些具有代表性的多晶和单晶COFs的合成方法以及它们的新兴应用，最后讨论了制备高质量COFs材料的现有挑战和未来方向。

图文赏析

图1. 制备多晶共价有机框架的代表性研究进展。

来源：Materials Today

图2. COFs材料目前的发展现状。

来源：Trends in Chemistry

图3. 直接合成法制备的单晶共价有机框架。

来源：Trends in Chemistry

图4. 模板导向法制备的单晶共价有机框架。

来源：Trends in Chemistry

图5. 苯胺调节剂法制备的亚胺基单晶共价有机框架。

来源：Trends in Chemistry

图6. 晶种介导法制备的硼基单晶共价有机框架。

来源：Trends in Chemistry

图7. 胶束辅助合成法制备的单晶共价有机框架。

来源：Trends in Chemistry

通讯作者信息

廖耀祖，研究员、博导，现任东华大学纤维材料改性国家重点实验室、材料科学与工程学院副院长，国家重点研发计划项目首席科学家、国家级青年人才、上海市优秀学术带头人、上海市曙光学者、上海市浦江学者、德国洪堡学者、欧盟玛丽居里学者。主要从事功能纤维与有机多孔材料研究，在Nature Communications、Advanced Materials等期刊发表SCI论文90余篇。曾获上海青年科技英才、侯德榜化工科学技术奖青年奖、英国皇家化学会JMCA新锐科学家、爱思唯尔全球Top 2%科学家榜单、上海市五四青年奖章个人、国家级教学成果二等奖(2/15)、中国纺织工业联合会教学成果一等奖(1/13)、上海市教学成果特等奖(2/10)等奖项。主持承担科技部重点专项、国家自然科学基金(5项)以及华为企业合作课题等纵向横向重大科研项目20余项。兼任国务院学位委员会材料科学与工程学科评议组副秘书长，中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会秘书长、标准认证工作委员会委员、青年工作委员会委员，中国纺织工业联合会智能纤维技术与制品重点实验室副主任，Advanced Fiber Materials、Chinese Chemical Letters、中国材料进展、东华大学学报(自然科学版、英文版)等期刊( 顾问、青年)编委。

论文信息：

1. Cheng Qian, Wei Liang Teo, Qiang Gao, Hongwei Wu, Yaozu Liao*, and Yanli Zhao*. Polycrystalline covalent organic frameworks, Materials Today, 2023, DOI: 10.1016/j.mattod.2023.11.005.

2. Cheng Qian, Hongwei Wu, Wei Liang Teo, Yaozu Liao*, Yanli Zhao*. Single-crystalline covalent organic frameworks, Trends in Chemistry, 2023, 5, 853-867.

论文连接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136970212300353X

https://www.cell.com/trends/chemistry/fulltext/S2589-5974(23)00209-5

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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