特約作者 ：科研貓@珞珈山

責任編輯：材小編

共價有機框架(COFs)是一種新興的晶態有機多孔聚合物，其具有可控的組分、結構和性能。其在多個領域顯示出廣泛的應用前景，比如分子存儲與分離，催化，傳感與檢測，能量存儲以及藥物運輸。但是目前COFs領域的研究大多集中在二維體系上，三維COFs的研究報道相對偏少。從構造3D COF的幾何角度來看，必須具有至少一個可以擴展到三個空間方向的構筑單元。到目前為止，四面體節點是制作此類3D網絡的第一直接選擇，并且已報道的四面體連接體完全是基于四苯基甲烷或金剛烷衍生物。為了增加3D COF的結構多樣性，迫切需要進一步探索更為多元的構筑單元。

根據立體化學原理，可以通過增加空間位阻從平面分子形成四面體幾何形狀。例如，在基于聯苯的分子中，鄰位取代基的大小會強烈影響兩個苯環的二面角。當四個大基團引入鄰位時，可以獲得剛性的四面體構象。因此，通過適當的設計，可以通過引入空間位阻來實現具有四面體幾何形狀的構建基塊，從而可能構造具有新穎結構的3D COF。近日，武漢大學汪成課題組和北京大學孫俊良課題組合作利用具有不同的鄰位基團的聯苯基前驅體合成了兩種COF材料，分別為2D-BPTA-COF和3D-BMTA-COF，如下方Scheme 1 所示。

Scheme 1. Schematic Representation of the Synthesis of 2D-BPTA-COF and 3D-BMTA-COF

Figure 1. Structural representations of 2D-BPTA-COF. (a) Conformation of BPTA unit in 2D-BPTA-COF, (b) structure of the adjacent two-layer, (c) side view, and (d) top view.

這兩種COFs材料都具有較高的結晶度和較大的比表面積。其中，2D-BPTA-COF具有AB堆疊模式的二維層狀結構，3D-BMTA-COF具有pts拓撲結構的七重互傳結構。這種結構上的差異可以歸因于在構筑單元中引入了甲基，因為2D-BPTA-COF中聯苯環的二面角約為0°，而3D-BMTA-COF中聯苯環的二面角約為60°。上述研究表明可以將具有立體位阻的構筑單元從平面扭曲到四面體來合成具有不同結構的COFs。該研究成果表明：擴展用于構建三維COF的四面體節點多樣性是一種通用且直接的方法，此外，利用一種新四面體節點來構建三維COFs材料在當前是可行的。

Figure 2. Structural representations of 3D-BMTA-COF. (a) Conformation of the BMTA unit in the COF, (b) single pts network of 3D-BMTA-COF, (c) 7-fold interpenetrated pts topology, and (d) porous structure of 3D-BMTA-COF.該工作以“Twist Building Blocks from Planar to Tetrahedral for the Synthesis of Covalent Organic Frameworks”為題發表在國際權威期刊Journal of the American Chemical Society《美國化學會志》上。武漢大學2017級博士研究生高超和黎建博士為論文共同第一作者，汪成教授與北京大學孫俊良研究員為共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金、湖北省創新團隊以及中央高?；究蒲袠I務費，瑞典研究理事會以及Knut和Alice Wallenberg基金會的支持。

文章來源：先進材料快訊

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作者簡介 ?

汪成教授，男，1999-2003年武漢大學化學與分子科學學院，理學學士; 2003-2008年中國科學院化學研究所，理學博士(導師：張德清研究員和朱道本院士); 2008-2012年美國西北大學化學系博士后(合作導師：Sir Fraser Stoddart教授, 2016年諾貝爾獎獲得者); 2012年4月加入武漢大學化學與分子科學學院，任教授、博士生導師。曾獲中國科學院寶潔優秀研究生獎學金，武漢大學寶鋼獎學金，2014年被聘為“楚天學者”特聘教授, 2015年獲得湖北省自然科學基金杰出青年人才資助。獨立組建課題組后，汪成博士選擇跨領域開展工作，從零開始：以“有機分子基多孔晶態材料”為研究對象，針對其在可控合成及應用方面存在的問題展開研究。截止目前，作為通訊聯系人已發表論30余篇。具體信息請瀏覽課題組網頁http://chengwang.whu.edu.cn

總結

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