南开大学张振杰团队综述：共价有机框架材料的绿色合成及绿色化工应用

共价有机框架材料（COFs），作为一类新型的多孔有机晶态材料，由于具有高表面积、可调节的孔道、低骨架密度、易功能化修饰等优点，在催化、吸附、分离、药物传输、能量存储与转换等领域显示了巨大的应用潜力。传统的COFs合成均是在高沸点、有毒的有机溶剂参与的高温、高压条件下进行，其合成条件不仅费时费力且环境不友好，难以满足实际应用的需求。近年来，环境友好的绿色合成方法不断涌现，使得COFs的合成更加绿色、简单、高效、廉价，有望实现在绿色化工方面的应用需求。

近日，南开大学化学学院张振杰、陈瑶研究员受邀在Science China Chemistry发表了题为“Industry-compatible covalent organic frameworks for green chemical engineering”的综述文章，详细介绍了近年来工业兼容型COFs的绿色合成及绿色化工方面的最新研究进展。

主要内容包括：（1）绿色宏量制备COFs。为了满足实际应用需求，目前已经开发了离子热、水热、机械化学、超声、熔融聚合和无溶剂加热等合成方法，实现了COFs的绿色合成和宏量制备。（2）COFs加工成形。为了满足不同场景的应用需求，可以将COFs制备成各种形态，如膜、多孔泡沫、气凝胶等。（3）COFs在吸附分离方面的应用。COFs在甲烷和氢气等能源气体的存储方面显示了独特的应用优势，并在工业气体（乙炔、乙烯、乙烷、丙炔、丙烯、丙烷）的分离纯化方面也取得了一定的进展，另外，COFs也被广泛应用于水处理，包括污水处理和海水脱盐等。（4）COFs在催化方面的应用。COFs由于具有较高的活性位点、规则的孔道，在固定化酶催化和光催化等绿色化工领域取得了重要进展。（5）COFs在能源相关的应用。COFs材料具有易功能化修饰和高化学稳定性等特性，在开发高性能超级电容器、燃料电池、锂电池、钠电池和锌电池等绿色化工方面取得较大进展。

作者还指出，虽然研究人员在工业兼容型COFs的设计合成及应用方面取得了一定的进展，但是还有诸多挑战亟待解决。例如：（1）COFs单体的价格相对昂贵，使得COFs的成本较高；（2）COFs的连接键种类还非常有限，特别是高化学稳定性COFs的种类相对较少；（3）很多COFs只完成了实验室小试，在大规模制备和商业化应用方面研究较少。设计和发展更多绿色高效的合成路线，推进COFs的绿色、规模化生产，对基础研究和工业应用具有重要意义，有望产生巨大的经济效益和社会效益。

详见：Zhifang Wang, Qianqian Zhu, Jiaxi Wang, Fazheng Jin, Penghui Zhang, Dong Yan, Peng Cheng, Yao Chen & Zhenjie Zhang. Industry-compatible covalent organic frameworks for green chemical engineering. Sci. China Chem., 2022, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1391-0。本文将收录于“2022 Emerging Investigator Issue”.

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作者简介：

王志方，2016年于天津大学获理学硕士学位；2019年于南开大学化学学院获理学博士学位；2019年7月至今在南开大学化学学院从事博士后研究。主要研究方向为晶态有机多孔材料（COFs和多孔有机笼）的设计合成与性能研究。

陈瑶，南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院研究员，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。2009年获南京工业大学硕士学位，2014年获南佛罗里达大学博士学位，2014-2016年在加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究，2016年7月入职南开大学。研究聚焦生物大分子及细胞的剂型工程及平台化应用，创制新型晶态（固定化）生物（酶）制剂。

张振杰，南开大学研究员，博士生导师。2006年和2009年在南开大学化学学院获本科和硕士学位（导师：程鹏教授），2014年获美国南佛罗里达大学化学博士学位（导师：Michael J. Zaworotko教授），2014-2016年在美国加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究（导师：Seth M. Cohen教授），2016年7月加入南开大学任研究员，博士生导师。发表论文120余篇，获批或申请中国发明专利34余件，PCT和美国专利4件。曾获中国化学会首届菁青化学新锐奖、美国化学会DIC Young Investigator Award、国家优秀自费留学生奖等，并担任美国化学会Crystal Growth & Design期刊编委、Chinese Chemical Letters、Smart Molecule青年编委。

课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/zhang_zhenjie

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