武汉大学汪成教授课题组首次在原子水平确定COFs粉晶样品结构

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国际权威期刊Angewante Chemie International Edition(《德国应用化学》)以Hot Paper（热点文章）形式发表了武汉大学化学与分子科学学院汪成教授课题组的最新研究成果。该工作成功合成出三种同构型三维共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs），并通过连续旋转电子衍射（continuous rotation electron diffraction, cRED）技术，首次在原子水平确定了COFs粉晶样品结构。论文题为“Isostructural 3D Covalent Organic Frameworks”（《同构型三维共价有机框架》）。2017级博士研究生高超和黎建博士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。

目前COFs领域的研究成果主要集中在二维体系，尽管三维COFs具有更为丰富的孔道结构及高比表面积等特点，在吸附与分离、催化等方面具有独特优势，但由于合成难度大和结构解析困难，其研究报道较少。

在先前的研究中，汪成课题组提出了具有普适性的由四面体节点和四边形连接单元通过“4+4”连接方式来构筑三维COF的拓扑设计新策略（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3302；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8705；Nat. Commun. 2018, 9, 5234）。本文中，基于此拓扑策略，他们选择四苯基苯（TPB）作为四边形节点，成功合成了三种同构型三维共价有机框架（3D-TPB-COFs）。

研究表明，3D-TPB-COFs均具有非常好的结晶性，SEM显示颗粒大小约为1微米。利用cRED技术，他们成功解析了三种COFs各自的晶体结构（五层嵌套的pts拓扑结构）。需强调的是，通过cRED测得的数据分辨率能够达到0.9-1.0 Å，可精确定位COFs中所有非氢原子的位置。另外，通过引入不同官能团可精确控制3D-TPB-COFs孔道环境，其在CO2/N2选择性吸附过程中表现出不同的吸附性能。该工作不仅有助于更好地理解和设计用于目标应用的3D COFs的孔道环境，而且可直接在原子水平上研究多晶COF样品，从而避免极具挑战的生长COF单晶过程。

该工作得到国家自然科学基金、湖北省创新团队以及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。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905591

来源：武汉大学

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