青岛科大赵英杰课题组：基于超分子给受体作用制备二维有机框架单晶

有机框架材料由于其高度有序的结构和均匀的孔隙率而成为一种拥有广阔前景的纳米多孔材料。根据其连接方式的不同可以分为：共价有机框架（COFs），金属有机框架（MOFs），超分子有机框架（SOFs）以及氢键有机框架（HOFs）等。其中，通过超分子协同作用能够有效地调控材料结晶过程，形成特定的有序排列结构，实现大尺寸单晶制备。

图1. 基于给体-受体相互作用与电荷转移效应的有机框架结构单晶

青岛科技大学赵英杰教授课题组一直从事有机框架单晶材料的制备（Chem. Commun., 2020, 56, 5223-5226; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 5636−5642）。该课题组最近利用超分子D-A作用成功构筑了一例二维有机框架结构单晶，并且其表现出强的电荷转移效应（图1）。

图2. 在不同溶剂条件下的有机框架单晶结构

研究人员利用电子给体芘与电子受体萘酰亚胺之间D-A作用成功构筑了单晶有机框架结构，并且发现通过改变溶剂可实现其不同的有序排列方式。通过二氯甲烷和四氢呋喃作为溶剂分子的调孔，分别获得了一维和二维排列的有机共晶。从X射线衍射单晶结构中可以看出二氯甲烷分子未能进入受体三角分子空腔中，其等边三角形结构保持不变。而四氢呋喃进入到三角分子空腔后，其等边三角形结构发生扭曲，最终导致了分子排列方式的改变。其中二氯甲烷作为溶剂分子的有机共晶呈现出二维有机框架结构，且层层之间采用了ABC的堆叠方式。

图3. 单晶有机框架结构的排列方式对光物理性质影响的探究

研究人员对两种共晶的光物理性质进行了研究，发现不同的排列方式其单晶颜色有明显差异。固体紫外吸收光谱和能级理论计算发现，不同的排列方式会导致电荷转移程度不同，进而使得D-A分子间的电子离域与带隙不同，最终表现出颜色不同差异（图3）。

该工作不仅为构造单晶有机框架结构提供了一种新的策略，而且为进一步研究调控其排列方式提供了新思路。这一成果近期发表在Science China Chemistry上。

详见：Danbo Wang, Guangming Guo, Renzeng Chen, Yuzhen Gong, Lishui Sun, Yingjie Zhao. Single-crystal structure of two-dimensional organic framework based on donor-acceptor interactions with charge-transfer effect. Sci. China Chem. 2021, DOI: 10.1007/s11426-021-1030-7

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通讯作者简介

赵英杰 2011年博士毕业于中科院化学所，师从李玉良院士。2011-2016年先后在瑞士日内瓦大学和苏黎世联邦理工学院从事博士后研究。2016年获海外高层次人才项目资助，目前为青岛科技大学教授。主要研究方向为二维高分子材料与功能超分子体系。目前主要致力于晶态高共轭二维、三维高分子材料的设计合成和能源、催化方面的应用研究。通过动态共价化学、自组装等方式在溶液相、界面以及晶体相中实现高结晶性有机二维、三维材料的制备，探讨该种新材料在光、电催化、储能等领域的应用。作为第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun.等国际学术期刊上发表文章50余篇。课题组网址：https://yz.qust.edu.cn/

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