由华东理工大学化学与分子工程学院朱为宏教授r教授团队在基于动态化学构筑共价有机框架材料研究上取得突破性进展。

4月6日，研究团队以“Reconstructed covalent organic frameworks”为题在国际权威学术期刊《自然》（Nature）上发表在线论文，论文以华东理工化学与分子工程学院博士后张维伟为第一作者，华东理工大学为第一通讯单位。这是华理首次以第一通讯单位在《自然》杂志上发表学术研究论文。

共价有机框架（COFs）是新兴的晶态多孔材料，具有优异结构可裁剪性和功能可调性，以及低骨架密度、高孔隙率、开放的孔道结构等优点，在气体储存、吸附分离、光电转化、多相催化等功能应用中前景广阔。

该研究论文针对该领域长期以来“结晶性”和“稳定性”难以兼得的共价组装挑战，研究团队提出了基于动态化学“重构共价有机框架（Reconstructed COF, RC-COF）”的全新概念，通过可逆共价键预组装和合成后框架重构为不可逆共价键制备了高结晶、高稳定的COF材料，获得了优于所有已知COF材料的二氧化碳吸附能力，以及可与同领域最高水平材料相媲美的光催化产氢性能。

在实际操作中，研究人员采用方向性强且可逆性高的尿素键作为“共价绳索”，将分子基元预组装成高结晶性COF框架后，再在更高的反应温度下，利用水分子作为“剪刀”剪断“共价绳索”，释放出氨气和二氧化碳后被保留下来的芳胺和醛的官能基元在纳米限域的框架中原位聚合和不可逆异构化，完成了高稳定性框架的预设性重构结晶。

研究人员还通过准原位X射线粉末衍射监控样品结晶性并观测整个框架重构的过程。控制实验表明温度和水含量是诱导框架重构反应的两个关键要素。

高结晶性不仅带来了更高比表面积和孔隙率，更赋予材料更加优越的光生载流子形成和传输能力。研究人员介绍，该项工作的创新理念受到了中国优秀传统文化中“化茧成蝶”概念的启发——通过弱的可逆共价键预组装成晶态的亚稳定共价框架，再通过动态化学、纳米限域反应形成更稳定的全新框架，类似于蝴蝶从幼虫结茧最后蜕变成蝴蝶的过程，所谓“毅然剪断牵挂，力求重塑自我，一朝化茧成蝶，定当惊艳四座”。

张维伟博士为论文第一作者，朱为宏教授和Andrew Cooper教授为论文通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04443-4

来源：周到上海