东北师范大学化学学院朱广山

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朱广山，东北师范大学教授，博士生导师。国家杰出青年基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授、首批“万人计划”科技创新领军人才、国务院特殊津贴专家、吉林省政协委员、吉林大学唐敖庆特聘教授、比利时那摩尔大学客座教授。朱广山教授长期从事新型多孔材料的定向合成、性质与结构研究、以及潜在应用的开发。在上述各前沿领域中取得了丰硕的成果，研究成果受到国际同行的高度认可。近年来，在Nature Commu., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际核心一流学术刊物上发表SCI 论文270余篇, 他引6800余次, H-index为51, 申请发明专利30篇已获授权14 篇。多次应邀参加相关领域的国际会议，并做大会特邀报告及担任分会主席。是国内外著名化学杂志（J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Commun., Chem.-Eur. J., Inorg. Chem., J. Mater. Chem.等）的审稿人和国家自然科学基金的评审人。现正在主持的和已完成的项目有：国家杰出青年基金“无机化学”；国际科技合作与交流专项“无机金属有机骨架化合物合成及储氢性能研究”；国家自然基金委重点项目“无机微孔晶体的设计合成与储能性能研究”；高等学校科技创新工程重大项目培育基金“孔道结构无机固体材料的功能组装”；国家自然科学基金项目“高机械强度大面积有序分子筛膜的制备与性质研究”；国家自然科学基金委面上项目“以分子筛为主体的光学微器件制备与性质研究”；国家自然科学基金青年基金“高质量分子筛单晶合成、组装和性能研究”；教育部优秀归国基金“微孔晶体材料巨大单晶的合成”；教育部新世纪优秀人才资助计划；吉林省科技厅“吉林省杰出青年科技基金”等项目。主要研究方向：1. 分子筛高质量巨大单晶和高有序膜的合成与制备以及在光学微器件、气体分离方面的开发与应用；2. 吸附分离导向的多孔芳香骨架材料的目标合成；3. MOFs晶体和膜材料的合成与制备及其储气与分离性能研究。

朱广山
东北师范大学化学学院
职　　称：教授
研究方向：多孔材料
办公电话：0431-81681971
办公地点：化学楼401
电子邮件：zhugs@nenu.edu.cn
1989.9-1993.6        吉林大学化学学院化学专业 学士
1993.9-1998.6 吉林大学化学学院无机化学专业 博士
1997.4-1997.10 日本东北大学物理系 访问学者
1999.3-1999.4 德国西门子公司 科研工作
1999.9-2000.9 日本东北大学物理系 博士后
2000.9-2001.9 吉林大学化学系无机化学专业 副教授
2001.10-2015.1 吉林大学化学系无机化学专业 教授
2003.10-2015.1 吉林大学化学系无机化学专业 博士生导师
2008.7-2015.1 吉林大学长江学者特聘教授
2008.9至今 比利时那摩尔大学无机材料化学实验室 客座教授
2009.4-2015.1 吉林大学唐敖庆特聘教授
2015.1至今 东北师范大学 教授
2015.1至今 东北师范大学 博士生导师
2015.1至今 东北师范大学多酸科学教育部重点实验室 实验室主任

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东北师范大学的朱广山教授（通讯作者）在Adv. Mater.上发表了一篇题为“Molecularly Imprinted Porous Aromatic Frameworks and Their Composite Components for Selective Extraction of Uranium Ions”的文章。该研究通过分子印迹技术合成了UO22+印迹复合物，并构建了一系列分子印迹多孔芳香族骨架（MIPAF）。在内部空间中具有大量可接近活性部位的MIPAF，显示出比传统MIP更高的UO2 2+离子吸收性。 另外，它们对UO2 2+离子捕获对抗干扰金属离子的选择性最高。 而且MIPAF能够与其它聚合物有很好的相容，在实际应用中具有显著的操作简便性和灵活性，可以形成复合纤维、薄膜和涂层。

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东北师范大学的朱广山教授和南佛罗里达大学的马胜前教授等人，设计合成含有酸和碱双官能团的有机配体作为固体缓冲保护对，保证多孔MOF（JUC-1000）能够在水性溶液中保持稳定；同时在低PH值和高PH值下保持其结构完整性。由于高的CO2吸附量、高稳定性和多催化位点，JUC-1000展现了出色的CO2化学固定效果。相关成果以“A Stable Metal–Organic Framework Featuring a Local Buffer Environment for Carbon Dioxide Fixation”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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根据中国化学会《关于分支机构换届的通知》（化会字【2018】5号），日前，中国化学会无机化学学科委员会经通讯投票进行了新一届委员会的选举，我院院长朱广山教授当选为中国化学会无机化学学科委员会委员。南京大学左景林教授当选为新一届学科委员会主任，中国科学院福建物质结构研究所曹荣教授、北京大学李彦教授、中山大学毛宗万教授、中国科学院长春应用化学研究所薛冬峰研究员和中国科技大学俞书宏教授分别当选为新一届学科委员会副主任，南京大学沈珍教授为秘书长。

      新一届学科委员会聘任期将自2018年至2022年。

新一届委员信息如下：

主任：左景林（南京大学）

副主任：曹荣（中国科学院福建物质结构研究所）、李彦（北京大学）、毛宗万（中山大学）、薛冬峰（中国科学院长春应用化学研究所）、俞书宏（中国科技大学）

秘书长：沈珍（南京大学）
委员：

卜显和	南开大学
曹  荣	中国科学院福建物质结构研究所
陈接胜	上海交通大学
陈  军	南开大学
陈小明	中山大学
程  鹏	南开大学
段春迎	大连理工大学
冯守华	吉林大学
付宏刚	黑龙江大学
付雪峰	国家自然科学基金委
高  松	华南理工大学
郭子建	南京大学
洪茂椿	中国科学院福建物质结构研究所
贾春江	山东大学
贾殿赠	新疆大学
江  雷	中国科学院化学研究所
姜建壮	北京科技大学
金国新	复旦大学
郎建平	苏州大学
李  丹	暨南大学
李  彦	北京大学
李亚栋	清华大学
李玉良	中国科学院化学研究所
梁福沛	桂林理工大学
李  隽	清华大学
梁  宏	广西师范大学
林建华	北京大学
刘红梅	华中科技大学
刘鸣华	国家纳米科学中心
刘伟生	兰州大学
鲁统部	天津理工大学
毛宗万	中山大学
牛景扬	河南大学
彭天右	武汉大学
施展	吉林大学
宋溪明	辽宁大学
苏宝连	武汉理工大学
苏成勇	中山大学
苏忠民	长春理工大学
孙为银	南京大学
唐睿康	浙江大学
王尧宇	西北大学
王  训	清华大学
吴  彪	西北大学
谢素原	厦门大学
谢  毅	中国科学技术大学
薛冬峰	中国科学院长春应用化学研究所
熊仁根	东南大学
严纯华	兰州大学
杨国昱	北京理工大学
杨晓达	北京大学
姚元根	中国科学院福建物质结构研究所
于吉红	吉林大学
俞书宏	中国科学技术大学
袁  荃	武汉大学
张洪杰	中国科学院长春应用化学研究所
张  军	内蒙古大学
张献明	山西师范大学
郑兰荪	厦门大学
郑丽敏	南京大学
朱广山	东北师范大学
左景林	南京大学

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报告题目：多孔芳香骨架材料（PAFs）
报告人：朱广山教授
报告时间：2018年12月24日（周一）下午3:00-5:00
报告地点：国家纳米科学中心南楼四层会议室

多孔芳香骨架材料（PAFs）
朱广山*
东北师范大学，长春，130024
*E-mail: zhugs@nenu.edu.cn
目前，多孔芳香材料（PAFs）的研究已成为多孔材料家族的一个研究热点。多孔芳香骨架材料具有稳定性高、比表面积大、孔容大、可修饰性强等优势，在气体储存和分离、传感、催化、光电等展现了优良的性能。[1, 2]为了获得具有特定结构和可调控性质的多孔芳香骨架材料，选择合适的构筑基块和有效的偶联反应类型具有非常重要的意义。在计算机设计模拟的帮助下，我们设计、合成了一系列多孔芳香骨架材料。通过研究其拓扑学结构，目标性地筛选确定合适的基块和高效的聚合反应。充分利用构筑基块的可修饰性，引入活性官能团，进而得到包含金属裸露位点的骨架，有效提高其与气体分子作用。最近，我们通过构筑基块工程学设计获得的PAF-100和PAF-101材料具有超过5000 m2/g的BET比表面积，同时其298K，70bar条件下的甲烷吸附量达到742 cm3/g and 622 cm3/g。[3]
除了合成与结构设计，我们围绕多孔芳香骨架材料的结构可设计性这一特点，开发其多种先进功能的应用。具有阴离子中心、富电子炔键以及芳香性苯环等多种活性位点的PAF材料具有高达2700 mg/g 的碘蒸气吸附量。[4]通过合成后修饰方法，获得的硫脲功能化的介孔PAF展现出优异的催化性能和良好的回收率。[5]通过引入分子印迹概念获得的分子印迹PAF材料具有在海水中选择性提取铀的性能。[6]多孔芳香骨架材料将会在能源与环境相关的新型功能材料领域获得更多的突破性进展。

关键词：多孔芳香骨架；结构设计；定向合成；气体分离；先进功能应用

参考文献：
[1] X. Q. Zou, H. Ren, G. S. Zhu, Chem. Commun., 2013, 49, 3925.
[2] G. S. Zhu, H. Ren, Springer, 2015, ISBN, 978-3-662-45455-8.
[3] 2.        M. Li, H. Ren, F. Sun, Y. Tian, Y. Zhu, J. Li, X. Mu, J. Xu, F. Deng, G. S. Zhu, Adv. Mater. 2018, 30, 1804169.
[4] Yan, Z.; Yuan, Y.; Tian, Y.; Zhang, D.; Zhu, G. Angewandte Chemie International Edition 2015, 54, 12733.
[5] Sun, J.-S.; Jing, L.-P.; Tian, Y.; Sun, F.; Chen, P.; Zhu, G. Chemical Communications 2018, 54, 1603.
[6] Ye, Y.; Yajie, Y.; Xujiao, M.; Qinghao, M.; Lili, W.; Shuai, Z.; Guangshan, Z. Advanced Materials 2018, 30, 1706507.

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根据结构组成的不同，多孔材料可分为无机多孔材料（沸石，碳等），无机-有机混合多孔材料（MOF，CP等）和有机多孔材料。有机多孔材料作为一种新型材料，是物理，化学和材料科学领域的一个新的研究热点。由于多孔固体和聚合物的综合优势，有机多孔材料具有高表面积，可调节结构，明确孔隙率和易于加工的特性。此外，各种合成技术有助于设计和制备多种有机多孔材料，迄今为止，这些材料已经在气体储存和分离，催化，能量储存和其他方面取得了重大进展。其中，多孔芳香骨架（PAF）以其大的表面积，大的孔隙率，多样的结构和极好的稳定性而众所周知，最近引起了广泛的研究兴趣。

近日,东北师范大学朱广山教授（通讯作者）论述了多孔芳香骨架（PAFs）的结构和化学特性的最新进展，包括在分子储存，气体分离，催化和离子萃取等方面的潜在利用，还论述了结构与功能之间的相互关系。将PAF作为代表性的有机多孔材料，提出了一些可行的策略来指导实际应用中多孔材料的制备和开发，PAF的合理构建为发展下一代多孔材料提供了广泛前景。相关研究成果以“Porous Aromatic Frameworks as a Platform for Multifunctional Applications ”为题发表在ACS Cent. Sci. 上。

本文总结了通过后合成功能化技术构建PAF的重大进展。首先，偶联反应的高转化率和高纯度的原料，对于实现高聚合度和产率以及有机多孔材料的大表面积是必不可少的。具有高表面积的多孔框架是理想的支架，因为它具有大量的自由空间以容纳客体分子，以促进填充在孔内的活性物质的冷凝。其次，具有光学，热力学或动力学特性将提供具有固有高容量的多孔骨架。最后，在PAF中，开孔中易于修饰的成分与互补官能团结合获得良好的活性。通过此方面合成的PAF，具有杂原子，纳米颗粒，离子基团或手性片段的杂合骨架可以在催化，能量转换和污染物去除方面呈现多方面功能。

文献链接：“Porous Aromatic Frameworks as a Platform for Multifunctional Applications ”(ACS Cent. Sci. DOI:10.1021/acscentsci.9b00047 )

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在吉林省人民政府首届高端智库专家、第五届法律顾问和决策咨询委员聘任大会上，我校刘益春教授、郭建华教授、周义发教授、朱广山教授、邬志辉教授、邵志豪教授被聘为省政府决策咨询委员会第五届委员。尹奎杰教授、张晓阳副教授被聘为省政府第五届法律顾问团成员，尹奎杰教授被聘为法律顾问团副团长。范猛教授、周东岱教授、刘桂芝教授被聘为省政府决策咨询专家储备库人员。我校被聘为省政府智库联盟成员单位。同时，尹奎杰、张晓阳还被评为省政府优秀法律顾问和优秀决策咨询委员。
　　省政府高端智库、决策咨询委员会和法律顾问团是我省顶级专家智库，主要为我省经济社会发展全局性、战略性、关键性问题提供决策咨询。我校多名专家成功入选体现了学校服务国家和区域发展能力及社会影响力。

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化学学院朱广山教授和田宇阳副教授在美国化学会国际著名期刊《Chemical Reviews》（《化学综述》，IF=54.301)发表了题为“Porous Aromatic Frameworks (PAFs)”（“多孔芳香骨架材料”）的综述文章。
　　多孔芳香骨架材料（PAFs）是朱广山教授首先提出、定义并制备成功的一类新型多孔材料。这篇综述以该课题组近年来在多孔芳香骨架材料的原创性研究和国内外的相关研究为基础，回顾了多孔芳香骨架材料的发展历程，阐明了多孔芳香骨架材料相比于传统多孔材料的独有性质，以及由于这些特性形成的多孔芳香骨架材料的独特优势，并在综述中详细介绍了多孔芳香骨架材料的设计思想和合成方法，深入探讨了通过定向设计指导材料合成与应用的新材料合成思想，总结了多孔芳香骨架材料在吸附、分离、催化、传感、海水提取铀、医疗和新能源等功能材料领域的重要应用及主要优势，剖析了多孔芳香骨架材料研究中存在的挑战，并对未来多孔芳香骨架材料的发展进行了展望。该综述的第一作者是化学学院田宇阳副教授，朱广山教授为本文的通迅作者。

　　多孔材料是材料科学研究领域的重要组成部分，广泛应用于吸附、分离和催化等重要工业过程。在过去的几十年中，多孔材料的可设计性和实际应用条件下的稳定性，一直是这类材料的主要研究挑战。面向多孔材料研究的重大挑战，朱广山教授在世界上首次报道了多孔芳香骨架材料的合成，这类材料由刚性芳香基单元通过碳碳键连接而成，因此具有优异的稳定性、结构和功能的可设计性以及超越大多数多孔材料的超高比表面积。多孔芳香骨架材料独特的性质使得其被广泛应用于储氢、温室气体捕获、催化、海水中提取铀等多个重要应用领域。朱广山教授关于多孔芳香骨架材料的首创性研究工作目前已被引用950余次，被认为是这一领域的重要里程碑。近年来，该课题组先后报道了百余种多孔芳香骨架材料，形成了自己的研究特色，在国内外享有重要的研究影响力。国内外同行进行了广泛的跟踪研究，报道了大量关于多孔芳香骨架材料的研究进展。目前，多孔芳香骨架材料已经成为多孔材料领域的一类典型代表。《化学综述》是化学类顶尖的综述类期刊。其主要面向化学各领域的前沿性工作进行综述评论，该综述的发表标志着我校多孔材料化学的研究工作获得了国际同行的广泛关注和高度认可。
　　朱广山教授团队多年来一直从事多孔芳香骨架材料的设计合成和功能应用研究，团队近五年在Adv. Mater. （先进材料）、ACS Central Sci. (美国化学会核心科学)、JACS（美国化学会志）、Angew. Chem. Int. Ed.（德国应用化学）、Chem. Sci. (化学科学)、J. Mater. Chem. A（材料化学A）等高水平期刊发表SCI论文110余篇，研究工作受到同行权威专家的高度认可。该研究工作受到国家自然科学基金重点研究项目和国家创新引智基地等多项基金支持。
　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00687

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低分子量蛋白质 （MW < 30 kDa） 作为重要的信号分子和生物标识物，在生物医学和疾病诊断中备受关注，但是大分子蛋白质及其他底物的干扰使得低分子量蛋白质的纯化和分离变得十分困难。共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）是一类多孔晶体材料。得益于与合成方法及功能化的多样性，COFs成为可满足多种应用需求的优秀功能材料，而网格化学理论的引入使得功能导向COFs的定向合成成为了可能。

        东北师范大学朱广山团队的景晓飞副教授、崔风超副教授与杨丽课题组选择1,3,6,8-四（对甲酰基苯基）芘作为构筑节点，以长度相近的对偶氮苯胺和4,4''-二氨基-对三联苯作为连接单元制备了两个高度结晶的介孔COFs（Azo-COF和Tp-COF）。结果表明，Azo-COF和Tp-COF具有预想的极小的孔径差距（< 4 Å）。利用这种细微的孔径差距，这两个材料被应用在具有相近尺寸的低分子量蛋白质的吸附分离上，对分子量相差2 kDa的低分子量蛋白质cytochrome c（Cyt-c）和 myoglobin (Mb)表现出高效的分离性能。该工作将为介孔COFs在大分子的分离上提供新的思路。
        文章信息
        Tienan Wang, Irfan Azhar, Yuting Yang, Yao Lu, Yuyang Tian, Nan Gao, Fengchao Cui*, Li Yang*, Xiaofei Jing* & Guangshan Zhu. Fine-tuned mesoporous covalent organic frameworks for highly efficient low molecular-weight proteins separation.Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-022-4078-z.

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近年来，随着电动汽车与电子产品行业的迅猛发展，储能材料锂的需求量与日俱增，行业机构预测2022年全球锂电铜箔需求量可达38.75万吨；2025年全球锂电铜箔需求量将达到76.82万吨。然而，64%以上的锂矿资源存在于卤水中（锂浓度：200～700 ppm），目前采用的卤水中富集锂方法为自然蒸发结合化学沉降，操作周期一般为1~2年且耗费大量的化学试剂。面对着需求暴增的下游市场，寻找新的提锂策略具有十分巨大的经济意义。

         近期，东北师范大学网格材料的研究团队在多孔芳香骨架材料（PAF）设计和功能化的研究基础，借助柔性机械互锁分子作为建筑单体，破坏了传统三维多孔有机框架的骨架互穿，制备了一种冠醚机械互锁的三维多孔有机框架（3D-Crown-POF），3D-Crown-POF中冠醚环和吡啶片段分别提供四个冠醚O原子和一个吡啶N原子与锂离子配位，表现出高的锂离子特异性吸附作用。此外，每个POF结构片段上含有四个N原子，在保留锂离子稳定的配位结构的同时，有利于离子沿骨架的翻转和穿梭运动，进而实现对锂离子的选择性传输。随后，作者将3D-Crown-POF作为多孔填料与商用高分子PDMS互混，均匀的涂覆在PFSA膜上制备了复合基质膜。由于3D-Crown-POF骨架显示出快速率、高选择性的锂离子吸附性能，其复合基质膜具备了优异的Li+离子特异性传输能力。除此之外，由于PFSA膜本身具有脱除水合离子的能力，3D-Crown-POF复合基质膜表现出了锂离子整流性能，整流效率（ICR）高达80.9。该工作在高镁/锂比卤水中锂离子的定向富集领域具有重要意义。
         该研究工作由多酸科学教育部重点实验室朱广山教授和元野教授共同指导，博士研究生阮祥辉等同学共同完成，发表于国际著名化学类杂志《AngewandteChemie International Edition》上（Constructing Mechanical Shuttles in a Three-dimensional(3D) Porous Architecture for Selective Transport of Lithium Ions, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202216549）。
       文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202216549

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锌-碘可充电电池以其阴极丰度高、比容量大等独特的优点受到了广泛的关注。然而，由于锌阳极的不可逆枝晶生长和多碘化物在水溶液中的穿梭效应的挑战，锌-碘电池的实际应用还远远不能令人满意。固体聚合物电解质(SPE)不仅可以解决电池的安全性问题，抑制枝晶的生长，而且具有良好的柔韧性、粘弹性、易膨胀等优点。因此，固态锌-碘电池可能是解决上述挑战的一种有前途的策略。
       鉴于此，东北师范大学化学学院的朱广山教授和刘东涛教授构建了一种具有共价键的新型多孔环糊精聚合物框架(CD-Si)，并用于锌-碘电池的固态电解质 (PEO/PVDF/CD-Si)。

       β-CD具有一个用于客体包裹体的空腔和一个含有丰富羟基的葡萄糖吡喃糖单元的环状结构。在85℃的N2气氛下，β-CD与四氯化硅(SiCl4)的通过亲核取代反应，构筑了环糊精基多孔聚合物网络(CD-Si)。在聚合物基体中嵌入CD-Si骨架。CD-Si成为PEO的宿主，减少PEO客体分子的聚集和结晶。两个离子通道的协同作用大大加快了反应动力学，离子电导率可达到1.64 × 10-3 S cm-1。最重要的是，设计的SPE同时抑制了锌阳极的副作用和多碘化物的穿梭效应，具有优异的耐用性、稳定性和较长的循环寿命。分子动力学(MD)模拟表明CD-Si促进了SPE中非晶态区域的形成，增强了Zn2+ 在聚合物基体中的通量。该环糊精基多孔聚合物框架为高性能锌-碘电池SPE的设计开辟一条新途径。
        该成果以“Porous Cyclodextrin Polymer Enables Dendrite-Free and Ultra-Long Life Solid-State Zn-I2  Batteries”为题，在《Angewandte Chemie International Edition》上发表。东北师范大学化学学院博士研究生苏洋为该论文的第一作者，通讯作者是化学学院教师朱广山教授和刘东涛教授。
       该工作得到了国家自然科学基金的支持（22071021, 22131004, U21A20330）。
       原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202308182