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武汉大学汪成课题组在三维共价有机框架取得新进展
2020-10-02 10:01:00
武汉大学
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  10月1日,国际权威期刊《自然•通讯》(Nature Communication)在线发表了武汉大学化学与分子科学学院汪成教授课题组的最新研究成果,该工作构筑了首例响应性三维共价有机框架。

  论文题为《三维共价有机框架的氧化还原转换》(“Redox-triggered Switching in Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks”),2020届博士生高超和黎建博士(北京大学)为论文共同第一作者,汪成教授与北京大学孙俊良研究员为共同通讯作者。

  有机分子开关因在外界刺激下可实现结构或性能的可逆转变而受到广泛关注。但是,如何在固态下实现其调控并构筑响应性材料是一个极具挑战性的难题。前期研究中(Chem. Mater. 2015, 27, 6426; Science Adv. 2016, 2, e1600480),汪成将其引入到三维金属-有机框架(MOFs)的骨架中,成功实现高效调控。遗憾的是,大部分由配位键连接而成的MOFs稳定性不高,限制了所构筑响应性材料的进一步应用。作为一类新兴的晶态有机多孔材料,共价有机框架(COFs)在众多领域存在广阔应用前景。由于COFs通过共价键连接而成,相较于大部分MOFs材料可具有更高的稳定性,理论上能提供一个更合适的研究平台。但是,三维COFs的构筑极具挑战性,相关研究未见报道。

  前期研究中,汪成课题组提出了“4+4”连接方式来构筑三维COFs的拓扑设计新策略(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3302;Acc. Chem. Res. 2020, doi: 10.1021/acs.accounts.0c00357)。本工作中,他们基于该策略,构筑了首例具有氧化还原响应性的三维COF(3D-TPB-COF-HQ)。通过外加氧化剂和还原剂,框架中氢醌和醌将发生可逆转换,伴随着单晶到单晶的变化过程。同时,调控前后其孔环境发生较大变化,进而导致CO2/N2选择性吸附能力变化。值得一提的是,该过程具有很好的可逆性和循环性,可至少重复进行三次。此研究充分说明,三维COFs可为固态下有机分子开关的高效调控提供了一个极佳的研究平台,同时可构筑新型响应性多孔材料。

  该工作得到国家自然科学基金、湖北省创新团队、中央高校基本科研业务费、瑞典研究理事会以及Knut和Alice Wallenberg基金会的资助。

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