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祝贺我组白旭冠在 CCS Chemistry 上发表论文!
发布时间:2025-09-22

                                             祝贺我组白旭冠在 CCS Chemistry 上发表论文!

卤键(Halogen Bond, XB)是一类重要的非共价相互作用,具有高方向性、可设计性及强结合能力,在超分子自组装、晶体工程、阴离子识别、传感检测、光电材料及药物设计等领域展现出广泛应用潜力。根据参与卤素原子的不同,卤键体系主要包括基于碘(I)、溴(Br)和氯(Cl)的类型。其中,基于碘和溴的卤键(如[N⋯I⋯N]+、[N⋯Br⋯N]+因卤素原子较大的尺寸与较强的极化性,能够形成相对稳定的超分子结构,已广泛应用于构建功能材料,如催化体系、吸附剂及响应性材料。然而,氯原子由于具有较高的电负性和较低的电子密度可极化性,导致[N⋯Cl⋯N]+卤键极不稳定,传统的小分子模型如Py2ClBF4常仅在极低温(如−80 °C)下才能短暂存在,严重制约了其在功能材料中的应用探索。

尽管氯(I)卤键具备独特的电子结构与潜在功能特性,其固有的不稳定性使得构建稳定的氯(I)卤键基功能材料(尤其是多维有序框架)极具挑战。过去的研究表明,简单的[N⋯Cl⋯N]+复合物在常规条件下极易分解,即便在含微量水的环境中也难以稳定存在,这使得相关框架材料的构筑长期以来几乎处于空白状态。相比之下,基于碘或溴的类似结构(如[N⋯I⋯N]+或[N⋯Br⋯N]+在组装为多维有机框架(XOFs)后,表现出显著提升的化学与热稳定性,为功能化应用(如催化、吸附、传感等)提供了可能。这些研究进展提示:如果能在框架层级实现对[N⋯Cl⋯N]+卤键的稳定化,将有望开拓氯(I)卤键在材料科学中的全新应用领域。

针对上述挑战,我们课题组提出了一种创新性的策略,通过分步构筑策略,在框架层级上实现了[N⋯Cl⋯N]+卤键的稳定化,从而突破氯(I)卤键在常规条件下无法成键的瓶颈,成功构建了一类稳定的氯(I)桥联二维卤键有机框架(XOF(Cl)-TPy-BF4/OTf)。该框架不仅具有优异的结晶性、化学稳定性和热稳定性,还为后续功能化(如催化位点引入)提供了理想平台。作为一种阳离子框架,XOF(Cl)通过与PdCl42-行阴离子交换并随后还原,在框架内生成稳定的Pd(0)簇。负载Pd(0)簇的XOF(Cl)-TPy-Pd0多种钯催化偶联反应(如Suzuki、Heck和Sonogashira偶联)中表现出卓越的催化性能,即使在温和条件下也能实现高产率。在工业联苯基液晶分子合成中,XOF(Cl)-TPy-Pd0未检测到钯残留。此外,该催化剂可通过简单过滤高效回收,并能多次循环使用,展现出优异的实用性。

这一成果近期发表在中国化学会的旗舰刊物CCS Chemistry 上,武汉大学高等研究院博士生白旭冠为该论文第一作者。



DOI:10.31635/ccschem.025.202506172