吉林大学化学学院方千荣

guiruyou

方千荣，男，理学博士，1978年10月出生，福建省建瓯市人。2001年，吉林大学化学学院本科毕业。2007年，获吉林大学化学学院无机化学专业博士学位，师从裘式纶教授。从2007年到2013，作为博士后研究员先后在美国加州大学洛杉矶分校、美国德州农工大学、美国加州大学河滨分校和美国特拉华大学工作，合作导师分别是Omar M. Yaghi教授，Hongcai Zhou教授和Yushan Yan教授。2014年，成为美国特拉华大学催化科学与技术中心的一名高级研究员。2015年作为中组部青年##全职回吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室工作。主要从事新型多孔晶体材料的结构设计、定向合成及应用研究。近年来在金属-有机和共价有机多孔晶体材料的设计合成，以及在能源存储，高效催化和选择性分离等方面的应用取得了系列研究成果。先后在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed. , J. Am. Chem. Soc. 等学术期刊发表SCI收录论文90余篇，论文被他引超5500次。主持和参与了多项国内外重大项目的研究，获得两项国外专利，参与编写了一部国外专著，以及获得过：2006年吉林省科技进步一等奖，2007年第二届“美国百人会”英才奖，2008年国家自然科学二等奖 ，2009年全国百篇优秀博士论文提名奖和2012年吉林省科技进步一等奖 。
邮箱： qrfang@jlu.edu.cn
人物经历
2014.11 - 至今 吉林大学化学学院，教授，博士生导师
2014.06 - 2014.10 美国特拉华大学，高级研究员
2012.09 - 2014.05 美国特拉华大学，博士后，合作导师：Yushan Yan 教授
2009.10 - 2012.08 美国加州大学河滨分校，博士后，合作导师：Yushan Yan 教授
2008.10 - 2009.09 美国德州农工大学，博士后，合作导师：Hongcai Zhou 教授
2007.07 - 2008.09 美国加州大学洛杉矶分校，博士后，合作导师：Omar M. Yaghi 教授
2001.09 - 2007.06 吉林大学，无机化学，理学博士，师从裘式纶教授
1997.07 - 2001.07 吉林大学，无机化学，理学学士，师从裘式纶教授
研究方向
共价-有机多孔晶体材料（COFs）的定向合成及应用探索
金属-有机多孔晶体材料（MOFs）的设计合成与性能研究
代表论文
(1) Lu, Q. Y.; Ma, Y. C.; Li, H.; Guan, X. Y.; Yusran, Y.; Xue, M.; Fang, Q. R.*; Yan, Y. S.; Qiu, S. L.; Valtchev, V.* "Postsynthetic Functionalization of Three-Dimensional Covalent Organic Framework for Selective Extraction of Lanthanide Ions", Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, DOI: 10.1002/anie. 201712246.
(2) Li, Z. L.; Li, H.; Guan, X. Y.; Tang, J. J.; Yusran, Y.; Li, Z.; Xue, M.; Fang, Q. R.*; Yan, Y. S.; Valtchev, V.*; Qiu, S. L.* "Three-Dimensional Ionic Covalent Organic Frameworks for Rapid, Reversible and Selective Ion Exchange", J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 17771.
(3) Li, H.; Pan, Q. Y.; Ma, Y. C.; Guan, X. Y.; Xue, M.; Fang,Q. R.*; Yan, Y. S.; Valtchev, V.; Qiu, S. L.* "3D Covalent Organic Frameworks with Dual Linkages for Bifunctional Cascade Catalysis", J. Am. Soc. Chem., 2016, 138, 14783.
(4) Fang, Q. R.; Wang, J. H.; Gu, S.; Kaspar, R.; Zhuang, Z. B.; Zheng, J.; Guo, H. X.; Qiu, S. L.*; Yan, Y. S.* "3D porous crystalline polyimide covalent organic frameworks for drug delivery", J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352.
(5) Fang, Q. R.; Zhuang, Z. B.; Gu, S.; Kaspar, R.; Zheng, J.; Wang, J. H.; Qiu, S. L.; Yan, Y. S.* "Designed synthesis of large-pore crystalline polyimide networks", Nat. Commun., 2014,5, 4503.
(6) Fang, Q. R.; Gu, S.; Zheng, J.; Zhuang, Z. B.; Qiu, S. L.; Yan, Y. S.* "3D microporous base-functionalized covalent organic frameworks for size-selective catalysis", Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 2878.
(7) Fang, Q. R.; Zhu, G. S.*; Jin, Z.; Ji, Y. Y.; Ye, J. W.; Xue, M.; Yang, H.; Wang, Y.; Qiu, S. L.* "Mesoporous metal-organic framework with rare etb topology for hydrogen storage and dye assembly", Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6638.
(8) Fang, Q. R.; Zhu, G. S.*; Jin, Z.; Xue, M.; Wei, X.; Wang, D. J.; Qiu, S. L.* "A multifunctional metal-organic open framework with a bcu topology constructed from undecanuclear clusters", Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 6126.
(9) Fang, Q. R.; Zhu, G. S.*; Xue, M.; Sun, J. Y.; Wei, Y.; Qiu, S. L.*; Xu, R. R. "A metal-organic framework with the zeolite MTN topology containing large cages of volume 2.5 nm(3)", Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 3845.
获奖记录
- 入选第六批中组部“青年##计划” (2014，无机化学)
- 吉林省科技进步一等奖 (2012，排名第5)
- 全国百篇优秀博士论文提名奖 (2009)
- 吉林省优秀博士论文(2009)
- 吉林大学优秀博士论文(2009)
- 国家自然科学二等奖 (2008，排名第5)
- 第二届“美国百人会”英才奖 (2007)
- 吉林省科技进步一等奖 (2006，排名第5)

kanjian

共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks, COFs）具有设计性强、结构稳定性高、结晶度高、可修饰性强等优势，问世以来一直受到多孔材料领域专家的青睐。然而，现今COFs的研究大多局限在二维材料的研究上，主要是由于三维COFs合成较难，结构不易解析。但是三维COFs具有更加丰富的孔道结构、高比表面积等优越性，理应具有更加重要的探究价值和应用前景。

近日，吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室的裘式纶教授、方千荣教授课题组成功设计出两种新型的离子型三维COFs，该材料同时在二氧化碳捕捉和尺寸选择性离子交换方面具有优异的表现。

图1. 结构设计与拓扑示意图

如图1所示，作者选用四（4-甲酰基苯基）甲烷（TFPM）与两种自带离子的链节（3,8-二氨基-5-甲基-6-苯基溴化菲啶鎓盐（DB）和溴化-3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓（EB））成功合成出两种三维离子型COFs（3D-ionicCOF-1 and for 3D-ionic-COF-2）。结构拟合显示，该结构为三重贯穿的金刚石拓扑结构，可能是由链节自身所带电荷的排斥力所致，致使从COF-320的九重贯穿降低为三重。

在二氧化碳的吸收方面，3D-ionicCOF-1在273 K和298 K的条件下分别可以达到161 mg/g和93 mg/g，3D-ionicCOF-2在298 K的条件下分别可以达到133 mg/g和76mg/g。其吸收效果可以与目前最优秀的COFs媲美，如TpPa-1 (156 mg/g)、[HO2C]100%-H2P-COF (174 mg/g)、PyTTA-BFBImiCOF (177 mg/g)。

由于该材料自带离子，可能具有较好的离子交换能力。于是作者测试了MnO4-的消除能力，在溶有10 mg KMnO4的20 ml溶液中加入20 mg COF样品，紫外光谱数据表明，两种材料在不到20分钟的时间内即可将体系中近乎全部的MnO4-消除。该材料的离子交换能力远高于以往报道的PVBTAH-ZIF-8和LDHs。测试表征后，他们将COFs材料过滤后置于NaBr溶液中浸泡，过滤处理后重复上述实验。PXRD、N2吸附、UV−vis等一系列数据表明，该COFs在5次循环后仍具有很好的晶体结构和离子交换性能。核工业生产过程中不可避免会产生大量放射性的阴离子（如Tc-99），该实验可证明这种材料在放射性阴离子交换方面具有较为广阔的应用前景。

离子交换材料在实验和工业生产中得到广泛的应用，然而选择性离子交换材料却并不多见。众所周知，COFs材料具有规整的孔道结构和较为一致的孔道大小。孔径分布显示，3D-ionicCOF-1主要集中在8.6 Å处，3D-ionicCOF-2主要集中在8.2 Å处。作者基于COF材料的优越性，选择了两种不同尺寸大小的染料分子（MO，5.4 × 7.8 × 15.2 Å和MB，13.9 × 14.4 × 24.5Å）作为模型进行试验。如图6所示，两种COFs材料在大约20分钟即可将尺寸较小的MO分子移除，而对体积较大的MB分子基本没有吸收作用，充分说明该材料在选择性吸收方面具有优异的性能。

吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室的裘式纶教授、方千荣课题组长期以来一直致力于新型三维共价有机框架材料设计、合成及应用的探究，在新型COFs结构设计、药物缓释、催化、离子交换等领域都取得了较大的突破。该工作不仅为离子交换领域提供了一类新材料，同时为三维COFs的设计、合成提供了新思路，更为三维COFs的应用化提供了更多可能。该工作由该课题组的李宗龙博士完成，相关成果发表在J. Am. Chem. Soc. 上。

该论文作者为：Zonglong Li, Hui Li, Xinyu Guan, Junjie Tang, Yusran Yusran, Zhan Li, Ming Xue, Qianrong Fang, Yushan Yan, Valentin Valtchev and Shilun Qiu

Three-Dimensional Ionic Covalent Organic Frameworks for Rapid, Reversible, and Selective Ion Exchange

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 17771, DOI: 10.1021/jacs.7b11283

zuoyoushou

共价有机框架（COFs）是一类新型结晶多孔聚合物，由共价键连接的多齿有机结构形成，具有有序晶型结构，高表面积和可调谐的化学性质等优点，因此被称为“有机沸石”，在气体储存/分离、光电、储能、传感和催化等方面具有潜在的应用价值。研究人员虽然已经制备出了大量2D-COFs，但制备出目标结构和可预期性能的3D-COFs鲜有报道，主要是难以在3D- COFs中引入具有反应性基团的官能团，三维COFs的功能化被认为是一个很大的挑战。

近日，吉林大学方千荣教授和法国诺曼底大学Valentin Valtchev教授研发团队在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了一篇题为“Postsynthetic Functionalization of Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks for Selective Extraction of Lanthanide Ions”的文章。该文章中研究人员通过羟基官能化的COF后修饰方式合成出了3D羧基官能化COF（简称：3D-COOH-COF），获得的3D COF结晶度高，化学稳定性好，比表面积大。通过Langmuir吸附等温线和理想吸附溶液理论（IAST）计算证实，羧基官能化的COF显示出高金属负载容量以及对Nd3 +优于Sr2 +和Fe3 +的优异吸附选择性。

zoucuolou

核壳结构分子筛β@ⅡSERP-COF2小球的合成

黄薇薇, 任家旺, 方千荣, Valentin VALTCHEV

吉林大学化学学院, 长春 130012

摘要 将分子筛β置于前驱体溶液中的多孔性阴离子交换树脂小球内部进行结晶，在移除牺牲模板离子交换树脂后得到坚固的分子筛β小球.以此为基底在其表面包覆疏水性ⅡSERP-COF2，样品记为zeolite β@ⅡSERP-COF2.共价有机骨架材料（COFs）的疏水性有利于分子筛在潮湿环境中吸附CO2，空气湿度为79%时，zeolite β@ⅡSERP-COF2的吸水量为2.1%（质量分数），比分子筛β的吸水量（11.0%）显著降低.

基金资助:国家自然科学基金（批准号：21571078，21571079）资助.
通讯作者: Valentin Valtchev,男,博士,教授,博士生导师,主要从事纳米微孔材料合成及生成机理方面的研究.E-mail:valentin.valtchev@ensicaen.fr     E-mail: valentin.valtchev@ensicaen.fr
引用本文:   
黄薇薇  任家旺  方千荣  Valentin VALTCHEV  . 核壳结构分子筛β@ⅡSERP-COF2小球的合成. 高等学校化学学报, 2018, 39(6): 1127-1131.

HUANG Weiwei  REN Jiawang  FANG Qianrong  Valentin VALTCHEV  . Synthesis of Zeolite β@ⅡSERP-COF2 Core-shell Hybrid Materials. Chemical Journal of Chinese Universities, 2018, 39(6): 1127-1131.

qiaoyu

开发具有高化学稳定性的结晶多孔材料对其实际应用具有重要意义。有鉴于此，吉林大学方千荣 等人报道了具有高结晶度、孔隙度和化学稳定性的聚芳醚基共价有机框架(PAE-COFs)的合成。通过邻二氟苯与邻苯二酚建筑间的亲核芳香取代反应形成醚键，合成了PAE-COFs。研究表明，该材料在包括沸水、强酸和强碱、氧化和还原条件在内的苛刻的化学环境下均是稳定的。其稳定性性能超过了其他已知的晶体多孔材料，如沸石、金属有机框架和共价有机框架等。此外，研究人员发现功能化的PAE-COFs具有孔隙率高、稳定性好、可回收利用等优点。这些材料的初步应用表明，可以利用该材料在广泛的pH值范围内去除水中的抗生素。

XinyuGuan, Hui Li, Yunchao Ma, Ming Xue, Qianrong Fang, Yushan Yan, ValentinValtchev & Shilun Qiu. Chemically stable polyarylether-based covalentorganic frameworks. Nature Chemistry, 2019.

DOI:10.1038/s41557-019-0238-5

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0238-5

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晶态有机多孔材料(covalent organic framework, COF)是由轻质元素（如C、H、O、N、B等）通过共价键连接形成的具有周期性网格结构的多孔聚合物。这类材料具有自身独特的优点，比如低密度、高比表面积、稳定的框架结构、易于修饰改性和功能化等，因此目前在气体分离、异相催化、能源储存、光电器件、传感设备以及药物传输等领域已经开展了相关的研究并呈现出优异的应用前景。吉林大学方千荣教授研究组近年来主要致力于高稳定性COF的定向合成与功能调控。在这个前沿领域取得了系列创新性的成果：（1）建立了室温离子液体合成法和室温水相合成法，实现了高稳定性COF的简单、绿色、高效合成（J. Am. Chem. Soc.2020,142, 8104；Chem. Sci.2019,10, 10815；J. Am. Chem. Soc.2018,140, 4494；J. Am. Chem. Soc.2015,137, 8352）；（2）发展了新键型、空间位阻效应和疏水基团调控等策略，成功制备了具有超高化学稳定性的COF新材料（J. Am. Chem. Soc.2020,142, 3736；Adv. Mater.2020,32, 1907289；Nat. Chem.2019,11, 587；J. Am. Chem. Soc.2019,141, 2920）；（3）开发了系列功能化的稳定COF新材料，推动了此类材料在医药、环境、能源等方面的潜在应用（Angew. Chem. Int. Ed.2020, DOI:10.1002/anie.202005277；J. Am. Chem. Soc.2019,141, 13324；Angew. Chem. Int. Ed.2018,57, 6042；J. Am. Chem. Soc.2017,139, 17771；J. Am. Chem. Soc.2016,138, 14783）。基于这些研究成果，方千荣教授也受邀为Chem. Soc. Rev.（2020,49, 1357）、Nat. Sci. Rev.（2020,7, 170）、Adv. Mater.（2020,DOI: 10.1002/adma.202002038）等杂志撰写相应的综述文章，系统地阐述了COF材料近年来的研究进展。

        在此基础上，该课题组近来也致力于发展新拓扑类型的三维COF材料。目前，三维的COF只有非常有限的几种拓扑结构，这极大地限制了此类材料的结构多样性和功能应用。最近，方千荣教授课题组成功开发出了首个具有六连接3D–D3h的构筑基元及stp拓扑的三维COF新材料，JUC-564（J. Am. Chem. Soc.2020,142,13334，如下图所示）。实验结果表明，JUC-564具有目前三维COF中最大的孔径(43 Å)，席夫碱类COF中最高的比表面积(3300 m2g–1)以及所有晶态材料中最低的骨架密度(0.108 g cm–3)。此外，由于大孔径的存在，JUC-564对生物蛋白质分子呈现出良好的吸附效果。