吉林大学董泽元教授团队 JACS：“软”二维COF

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COF材料由于其晶态多孔结构及其独特性质已在化学和材料领域引起了研究热潮。通过不同类型构筑基元的组合能够发展出拓扑结构丰富多样的COF材料，然而迄今所有报道的COFs都是刚性的“硬”框架结构。作为COF家族的另一半，柔性的“软”COFs是一直期待去实现的研究目标。

图1 “软”二维COF的制备

最近，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室董泽元教授团队将柔性烷基链修饰的螺旋骨架应用到二维高分子的设计合成中，发现了首例“软”二维COF（图1）。通过高分辨透射电子显微镜（TEM）（图2），可以观察到“软”二维COF具有紧实的蜂巢拓扑结构，这一独特结构由螺旋骨架在二维空间上通过π-π相互作用发生分子内自堆积而形成。另外，由于螺旋骨架的尺寸效应及其外围烷基侧链的存在避免了层间强的非共价相互作用（如π堆积），单层二维COF能够简易制备，利用原子力显微镜（AFM）可以观察到单层、双层、三层等寡层结构（图3）。凭借螺旋骨架的固有手性和螺旋手性自分类组装特点，“软”二维COF具有对称性破缺的性质，展现出结构本身的二维手性。

图2 “软”二维COF的高分辨TEM图像

该工作揭开了COF家族“软”的一面，有望开拓在理论和实验上还未探索的拓扑结构类型，启发柔性COF材料的发展。结构是性能的基础，就该工作来讲，期待紧实蜂巢拓扑结构能够发展出新颖的性质与功能材料，例如二维电荷平行传输材料、分子器件密封材料、二维手性材料等等。该工作以“Soft 2D Covalent Organic Framework with Compacted Honeycomb Topology”为题发表在《J. Am. Chem. Soc.》上（doi.org/10.1021/jacs.2c08468）。文章第一作者是吉林大学博士生刘成龙同学。该研究得到国家自然科学基金委、吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室和超分子化学生物学研究中心的支持。

图3 “软”二维COF的寡层结构AFM图

该工作是团队利用螺旋拓扑结构发展二维高分子膜材料研究方向的最新进展之一。团队一直从事螺旋拓扑结构的设计与功能研究，自主开发了螺旋拓扑仿生离子通道（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9723; Nano Lett. 2020, 20, 3627；），创制出可媲美天然离子通道的钾、钠通道以及人造锂离子通道（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 12668; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 3284; CCS Chem. 2022, 4, 1850.），发展了一系列高效高选择性离子传输化学工具，在碱金属离子通道领域做出重要贡献。团队近期目标是开展二维高分子膜材料的设计与宏量制备，将性能优异的螺旋拓扑通道开发成可实用的离子分离技术。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.2c08468

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