武漢大學汪成課題組「綜述」三維共價有機框架

近日，化學領域權威期刊「化學研究評述」（Acc. Chem. Res.）發表了武漢大學化學與分子科學學院汪成教授課題組綜述文章。文中著重介紹了武漢大學汪成課題組在三維共價有機框架領域的研究進展，包括新拓撲設計策略、原子水平結構解析、新型構築基元和應用拓展等。

論文題為《三維共價有機框架：從拓撲設計到應用》（「Three-dimensional Covalent Organic Frameworks: From Topology Design to Applications」）。該論文第一作者為博士後桂波，通訊作者為汪成教授。

共價有機框架（COFs）是一類新興的有機多孔晶體材料，具有比表面高、密度低及可設計性強等特點，在氣體吸附與分離、催化、傳感、能源等領域都展現出廣闊的應用前景。根據其連結維度，COFs可分為二維COFs及三維COFs。相比於二維COFs，三維COFs可具有更高的比表面積、複雜的孔道結構和大量的開放功能位點等，在催化和吸附等領域具有很多優勢。然而，相比於研究相對較為成熟的二維COFs，三維COFs的研究極具挑戰性。究其原因，主要是三維COFs的合成驅動力來自於共價鍵的形成，很難從原子層面對成鍵過程進行精準控制。此外，三維COFs還存在眾多難題待解決，包括拓撲合成策略稀少、結構表徵困難、功能化前體及應用較少。因此，自2007年首次報導以來，三維COFs相關研究成果報導很少（2016年前研究性論文大概只有10篇），發展非常緩慢。

面對三維COFs研究中存在的諸多挑戰，汪成課題組從問題導向出發，取得了系列重要進展。考慮到一些功能分子（如芘及卟啉）難以通過僅有的兩種拓撲合成策略（4+2和4+3）引入到三維COFs中，他們於2016年首次報導了由四面體節點和四邊形連接單元通過【4+4】連接方式構築三維COFs的新策略 (JACS, 2016, google citations: 317)，並進一步證明了該策略的普適性（JACS, 2017, google citations: 144）。在此基礎上，合成了具有高結晶性的三維COFs粉晶樣品，並首次通過電子衍射技術在原子水平確定了三維COFs粉晶樣品結構(ACIE, 2019)。此外，豐富了三維COFs的分子構築單元，並成功構築了一系列具有不同功能和應用的三維COFs（Nat Commun, 2018; JACS, 2020; ACIE, 2020），拓寬了三維COFs應用研究。

不可否認，儘管三維COFs的研究取得了較大的進展，但仍處於萌芽狀態，面臨許多挑戰。最後，作者還對該領域目前所面臨的挑戰和未來發展方向進行了詳細分析，相信隨著越來越多研究者的加入，該領域將會取得快速的發展。

來源：武漢大學

文章連結：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00357