从冠醚分子到共价有机框架材料的构筑

共价有机框架材料 (COFs) 是一类具有结晶性的有机多孔材料。和其他的多孔材料相比，COFs具有结晶性好，化学以及热稳定性佳以及比表面积大等优点。COFs材料具有非常优秀的结构可设计性，可以通过对结构单体的选择来构筑具有不同孔道结构，不同功能的COFs材料。这些COFs材料可以应用在非均相催化、气体吸附、光催化等领域。在COFs材料的合成过程中，单体通常具有刚性结构。合成具有柔性骨架的COFs材料一直是一个难点。

冠醚作为第一代超分子主体化合物，自上世纪60年代报道以来在配位化学和超分子化学领域被广泛研究。冠醚分子种类众多，共性是具有可包裹客体分子的空腔环，根据环大小不同，能与不同的金属离子、阴（阳）离子形成稳定的络合物，且伴有显著的亲和力和选择性，因而使得冠醚类化合物在吸附与分离领域具有应用潜力。最近，冠醚基团以侧链的方式被引入到COFs材料中，但其柔性的特点使得COFs材料具有较低的表面积以及结晶性。近日，中科院上海高等研究院徐庆副研究员通过利用新的含冠醚单元的单体合成腔体大小可控的COFs材料。

图1. 冠醚COFs的合成。

图2. 冠醚COFs的结构表征。

与之前其他冠醚类的COFs材料不同，Py-B₁₈C₆-COF和Py-B₂₄C₈-COF材料具有高结晶性、高比表面积（1356 m²/g 和 862 m²/g）以及优异的热稳定性。此外，两种冠醚COFs材料优异的酸碱和化学稳定性也为水处理应用奠定了良好的基础。由于冠醚COFs开放的一维孔道以及高密度的吸附位点，赋予该类材料为优良的固体吸附剂。吸附实验表明，Py-B₁₈C₆-COF材料对K⁺具有最优的亲和力，其室温下的饱和吸附容量达244.21 mg g^-1，冠醚空腔较大的Py-B₂₄C₈-COF则对Cs⁺具有最优的亲和力，其室温下的饱和吸附容量达223.05 mg g^-1。

该研究工作为冠醚以及COFs的新结构开发提供新的思路。

这一研究成果近期被发表在Angew. Chem. Int. Ed.。文章的第一作者是华东理工大学的博士后安书浩，通讯作者是中科院上海高等研究院徐庆副研究员，共同通讯作者是华东理工大学刘洪来教授以及中原工学院青年教师翟黎鹏。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Construction of Covalent Organic Frameworks with Crown Ether Struts

Shuhao An, Qing Xu, Zhihui Ni, Jun hu, Changjun Peng, Lipeng Zhai, Yu Guo, Honglai Liu

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202101163

徐庆博士简介

徐庆，中科院上海高等研究院低碳转化科学与工程中心，副研究员。2018年于日本分子科学研究所取得博士学位，导师为江东林教授。同年在中科院上海高等研究院工作。

研究领域是基于COFs材料在电化学储能材料的开发，在相关领域发表SCI论文20余篇，包括以第一作者/通讯作者在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Chem. Mater.等杂志发表论文10余篇。以及参与编写英文书刊一本。曾获得上海市浦江人才项目。