COF材料由于其晶态多孔结构及其独特性质已在化学和材料领域引起了研究热潮。通过不同类型构筑基元的组合,能够发展出拓扑结构丰富多样的COF材料,然而迄今所有报道的COFs都是刚性的“硬”框架结构。作为COF家族的另一半,发展柔性的“软”COF材料一直是学者们期待去实现的目标。

图1:“软”二维COF的制备

近期,吉林大学董泽元教授团队将柔性烷基链修饰的螺旋骨架应用到二维高分子的设计合成中,发现了首例“软”二维COF(图1)。通过高分辨透射电子显微镜(TEM)(图2),可以观察到“软”二维COF具有紧实的蜂巢拓扑结构,这一独特结构是由螺旋骨架在二维空间上通过π-π相互作用发生分子内自堆积而形成的。同时,这类“软”COFs具有弱的层间非共价作用力,在溶液中能够分散成单层二维拓扑结构。利用原子力显微镜(AFM)可以验证其单层、双层、三层等寡层结构(图3)。而且,这类“软”二维COF材料具有结构本身的二维手性,并展现出对称性破缺的性质。

图2 “软”二维COF的高分辨TEM图像

该工作揭开了COF家族“软”的一面,有望开拓在理论和实验上还未探索的拓扑结构类型,启发柔性COF材料的发展。结构是性能的基础,就该工作来讲,期待紧实蜂巢拓扑结构能够表现出更多新颖的性质,衍生出更多独特功能材料,例如二维电荷平行传输材料、分子器件密封材料、二维手性材料等等。该工作最近发表在《J. Am. Chem. Soc.》杂志。文章第一作者是吉林大学威澳门尼斯人官网博士生刘成龙同学,吉林大学董泽元教授为论文通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、吉林大学创新团队以及超分子化学生物学研究中心经费支持。

图3“软”二维COF的寡层结构AFM图

文章详情:Soft 2D Covalent Organic Framework with Compacted Honeycomb Topology, Chenglong Liu, Zhenzhu Wang, Lei Zhang, and Zeyuan Dong*,J. Am. Chem. Soc. 2022, doi:10.1021/jacs.2c08468

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08468