共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）是一类由小分子单体通过共价键连接而成的新型有机多孔框架晶体材料，在众多领域展现出广阔的应用前景。目前COFs领域的研究成果主要集中在二维体系，尽管三维COFs可具有更为丰富的孔道结构及高比表面积等特点，在吸附与分离、催化等方面具有独特优势，但由于合成难度大和结构解析困难，其研究报道较少。
近日，武汉大学汪成教授与北京大学孙俊良研究员合作，成功合成出三种同构型三维COFs（3D-TPB-COF-H、3D-TPB-COF-Me、3D-TPB-COF-F），并通过连续旋转电子衍射（continuous rotation electron diffraction, cRED）技术，首次在原子水平确定了COFs粉晶样品的结构。此外，带有不同官能团的3D-TPB-COFs在气体选择性吸附方面表现出明显的差异。
基于他们前期提出的由四面体节点和四边形连接单元通过[4+4]连接方式来构筑三维COFs的拓扑设计策略（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 3302; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8705; Nat. Commun., 2018, 9, 5234），定向合成了三种同构型三维COFs。研究表明，3D-TPB-COFs均具有非常好的结晶性，SEM显示颗粒大小约为1微米。利用cRED技术，他们成功地解析了三种COFs各自的晶体结构（五层嵌套的pts拓扑结构）。需强调的是，由cRED技术得到的衍射点分辨率能够达到0.9-1.0 Å，通过单晶衍射方法可直接精确定位COFs中所有非氢原子的位置。另外，通过引入不同官能团可精确控制3D-TPB-COFs孔道环境，其在CO2/N2选择性吸附过程中表现出不同的吸附性能。该工作不仅有助于更好地理解如何去设计用于目标应用的3D COF的孔道环境，而且可直接在原子水平上研究多晶COF样品，从而避免极具挑战的生长COF单晶过程。
相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上（Hot Paper），文章第一作者是武汉大学博士研究生高超和瑞典斯德哥尔摩大学博士后黎建。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Isostructural 3D Covalent Organic Frameworks
Chao Gao, Jian Li, Sheng Yin, Guiqing Lin, Tianqiong Ma, Yi Meng, Junliang Sun*, Cheng Wang*
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201905591
导师介绍
汪成
https://www.x-mol.com/university/faculty/13549
孙俊良
https://www.x-mol.com/university/faculty/8639
（本稿件来自Wiley）
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