复旦大学李鹏课题组综述：光电活性氢键–有机框架的最新进展

氢键–有机框架（HOFs）材料是一类新兴的晶态多孔材料，其独特的光电性质在催化、传感、抗菌、光动力治疗领域展现出广泛的应用前景。复旦大学李鹏课题组系统地介绍并总结了光电活性HOFs的最新进展，并指出了该领域未来的研究方向。

氢键–有机框架 (HOFs)是一类拓扑结构可以预测，结构可以调控的新兴的晶态多孔材料。在其发展初期，因为受到相对较弱的氢键相互作用的阻碍，许多HOFs在客体溶剂去除后会坍塌，导致结构不稳定。最近，通过设计具有大的 π 共轭系统的构筑单元，形成分子间形状匹配的 π–π 堆积相互作用，可以大大增强HOFs的稳定性。更重要的是，由于空间轨道重叠相互作用，这些具有大π共轭结构的 HOFs在发生氧化还原反应时可以加速电子的传递。这些固有的光电性质使HOFs成为一类特殊的光活性和电活性的多孔材料，可用于催化、传感和生物医学等领域。基于 π–π 堆叠策略，通过设计由氧化还原活性的核心和氢键位点的端基组成的有机构筑单元，研究者已经合成出各种具有优良光活性和电活性的HOF材料。本综述总结了光和电活性HOFs开发中的最新进展，包括其合成方法和各种应用。

然而，与成熟的MOFs和COFs相比，HOFs的开发和应用仍处于起步阶段，因此存在许多挑战需要克服，但同时也蕴含了潜在的机会。首先，HOFs在电催化领域的研究还处于空白，其潜力有待开发。其次，HOFs材料在纳米到微米尺度的形貌调控尚未得到系统研究。由于HOFs具有溶液加工性和适应性，探索HOFs形貌对性能的的影响将会显著改善其在多相催化应用中的性能。第三，在 HOFs 的纳米孔中引入金属纳米粒子可以拓宽HOFs的应用范围。然而，金属离子和氢键位点之间可能存在的配位相互作用会生成金属–配体配合物从而影响HOFs的相纯度。因此，应注意避免这种情况。总之，到目前为止，尽管HOFs作为功能性的光电活性材料已显示出巨大的前景，这一激动人心的研究领域仍需要大量的基础研究工作以充分发挥其潜力。

该文章通讯作者为复旦大学李鹏研究员，第一作者为复旦大学科研助理高翔宇。详见：Gao X, Lu W, Wang Y, Song X, Wang C, Kirlikovali KO, Li P. Recent advancements in the development of photo- and electro-active hydrogen-bonded organic frameworks. Sci. China Chem., 2022, 65, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1333-9. 本文将收录于2022 Emerging Investigator Issue中。

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通讯作者简介

李鹏 复旦大学青年研究员，博士生导师。2006和2009年复旦大学本科和硕士毕业，2014年美国德州大学圣安分校获博士学位（导师: 陈邦林教授），2014-2019美国西北大学博士后研究员（导师: Joseph Hupp教授和Omar Farha教授）， 2019年加入复旦大学化学系。主要研究领域包括多级介孔金属有机框架(MOF)材料，超分子氢键骨架（HOF）材料。在气体吸附和分离，手性拆分，生物催化，纳米载药等方向取得了多个系列科研成果。已在Science,Chem，J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Rev. Mater., Chem. Soc. Rev.等学术期刊上发表90余篇论文，其中20篇ESI热点论文/高被引论文,论文SCI他引超过8000次，单篇最高他引1000次。已经获批美国专利3项, 中国发明专利1项。研究成果受到国内外学者的认可和关注，被国际专业期刊多次评述报道。2021年入选科睿唯安“2021年度高被引科学家”。目前以项目负责人承担国家装备预研教育部联合基金重点项目1项，上海市协同创新项目1项，上海市自然科学基金面上项目1项，纤维材料改性国家重点实验室开放基金1项。