汪成课题组在三维共价有机框架取得新进展

zhudongchuji

10月1日，国际权威期刊《自然•通讯》（Nature Communication）在线发表了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。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18588-1


       文章来源：武汉大学
       汪成，武汉大学教授，博士生导师。汪成博士独立前的学术研究主要围绕刺激响应性（智能型）材料展开，发表论文20余篇，包括Proc. Natl. Acad. Sci. USA（1篇），J. Am. Chem. Soc.（3篇），Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）等，他引700余次，两篇超过100次。独立组建课题组后，汪成博士选择跨领域开展工作，从零开始：以“有机分子基多孔晶态材料”为研究对象，针对其在可控合成及应用方面存在的问题展开研究。截止目前，作为通讯联系人已发表论文15篇，包括Sci. Adv.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、Chem. Mater. (1篇)，Chem. Commun.（3篇），Chem. Eur. J.（1篇），J. Mater. Chem. A（2篇）等。此外，授权中国专利一项，申请中国专利一项。
         孙俊良，研究员，博士生导师，北京大学化学与分子工程学院无机固体材料化学研究组组长。1997年进入北京大学化学与分子工程学院,于2001年和2006年分别结束本科和博士学位的学习，其间在美国康奈尔大学交流一年，之后去美国康奈尔大学和瑞典斯德哥尔摩大学从事博士后研究。在2009年得到瑞典科学院青年科学家基金资助开始在斯德哥尔摩大学开始独立研究，在获得中组部青年##计划资助后于2012年2月在北京大学化学与分子工程学院开始科研工作。2016年开始担任中国晶体学会秘书长。研究方向为无机微孔材料的合成和应用(分子筛,含硼/锗骨架结构等)；结构解析方法的发展(单晶,粉末和透射电子显微镜)；致密固相化合物(多铁材料,非公度材料,合金)。已发表SCI学术论文100余篇，包括国际一流期刊 Nature, Science, Nature Mater., Nature Chem.等。