王为science:单晶COF控制生长和单晶结构解析

nanobus

由兰州大学王为教授、北京大学孙俊良教授以及加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi教授合作发表的关于单晶COF控制生长和单晶结构解析的重大研究成果，Science同期专门撰写评论文章对此进行报道。这也是我们今天要重点介绍的内容。

第一作者：Tianqiong Ma, Eugene A. Kapustin

通讯作者：Wei Wang, Junliang Sun, Omar M. Yaghi

通讯单位：兰州大学、北京大学、加州大学伯克利分校

研究亮点：

1.利用强亚胺键控制合成大尺寸单晶COF。

2.获得了COF单晶XRD数据，实现了原子尺度精确结构解析。

要想加深对COF的进一步了解，从而进一步优化并最终实现应用，必须追本溯源，弄清楚其构效关系。而精确解析COF的结构，则存在很大的困难，一般是基于理论模拟或者粉末XRD和电子衍射数据。这主要是是因为，常规合成方法得到的COF往往是粉末状或无定形结构，即便有单晶COF出现，尺寸也较小。至今还没有一例单晶COF适合于使用单晶XRD进行精确表征。

和粉末XRD数据相比，获取COF单晶XRD数据的必要性在于：

1）通过粉末XRD数据很难实现COF的结构模拟。

2）原子位置和形貌参数（键长或键角等）难以获得。

3）相互贯通的框架和被隐藏的无序导致结构异常复杂。

4）客体分子在孔道内排列不得而知。

因此，合成单晶COF并对其进行单晶结构解析，是摆在COF领域发展道路上的一大重要障碍。

有鉴于此，兰州大学王为教授、北京大学孙俊良教授以及加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi教授合作，报道了一种利用强亚胺键控制合成大尺寸单晶COFs的新策略，并对单晶COFs结构进行了深入解析。

研究人员发现，在合成体系中加入苯胺可以有效抑制成核，减慢反应速度，从而控制生长得到大尺寸单晶COF。同时，通过调节苯胺的量，可以有效控制单晶COF的尺寸大小。基于强的亚胺键作用，研究人员发明了一套普适性的控制合成了大尺寸单晶COFs的新策略，合成的COFs包括COF-300,COF-303, LZU-79和 LZU-111等等。

高品质的晶体使得单晶XRD衍射数据可以达到0.083 nm的分辨率。研究人员在原子尺度上对各种COFs相互贯通程度、水分子排列取向、亚胺关联性、配体无序度以及不寻常的拓扑结构等特性的表征，实现了对COFs结构的精确解析。如果没有合成单晶，是无法实现如此精确的结构解析的。

总之，这项研究为大尺寸单晶COF的合成开辟了新的道路，并为原子尺度的COF结构解析指明了方向。

参考文献：

1.Tianqiong Ma, Eugene A. Kapustin, Wei Wang, Junliang Sun, Omar M. Yaghi et al. Single-crystalx-ray diffraction structures of covalent organic frameworks. Science 2018, 361,48-52.