東北師大ACS Cent. Sci.：多孔芳香框架的多功能應用

【引言】

根據結構組成的不同，多孔材料可分為無機多孔材料（沸石，碳等），無機-有機混合多孔材料（MOF，CP等）和有機多孔材料。有機多孔材料作為一種新型材料，是物理，化學和材料科學領域的一個新的研究熱點。由于多孔固體和聚合物的綜合優勢，有機多孔材料具有高表面積，可調節結構，明確孔隙率和易于加工的特性。此外，各種合成技術有助于設計和制備多種有機多孔材料，迄今為止，這些材料已經在氣體儲存和分離，催化，能量儲存和其他方面取得了重大進展。其中，多孔芳香骨架（PAF）以其大的表面積，大的孔隙率，多樣的結構和極好的穩定性而眾所周知，最近引起了廣泛的研究興趣。

【成果簡介】

近日,東北師范大學朱廣山教授（通訊作者）論述了多孔芳香骨架（PAFs）的結構和化學特性的最新進展，包括在分子儲存，氣體分離，催化和離子萃取等方面的潛在利用，還論述了結構與功能之間的相互關系。將PAF作為代表性的有機多孔材料，提出了一些可行的策略來指導實際應用中多孔材料的制備和開發，PAF的合理構建為發展下一代多孔材料提供了廣泛前景。相關研究成果以“Porous Aromatic Frameworks as a Platform for Multifunctional Applications ”為題發表在ACS Cent. Sci. 上。

【圖文導讀】

圖一、幾種多孔材料的化學結構。

?圖二、具有大表面積的多孔骨架的烏爾曼（Ullmann）偶聯反應

?圖三、用于氣體分離，分子存儲，離子萃取和催化的PAF的設計和制備。

與通過可逆有機縮合反應獲得的常規COF不同，PAF通過不可逆的交叉偶聯反應（通常為C-C偶聯）制備，并伴隨具有高表面積，開放結構，穩健的骨架和優異的穩定性，通常，具體特征可以通過容納具有精確形狀，大小，雜交或雜環單元的結構單元來調節，然后通過簡便的合成方法將單體轉化為交聯結構。

圖四、PAF合成路線圖?

（a）使用二聚體型分子構建單元的PAF-100的合成路線；

（b）使用二聚體型分子構建單元的PAF-101的合成路線。

?圖五、裝有二芳基乙烯染料o-DArE的反應機制

（a）裝有二芳基乙烯染料o-DArE的PAF-1會在可見光下釋放吸附的CO₂；?

（b）染料的可逆環化反應。

?圖六、PAF-1—SMe作為銅檢測的選擇性捕獲材料

圖七、改性為PAF-1—CH₂AO的PAF-1樣品用于鈾提取

?圖八、多孔結構，BPP-7，使用羧基密集功能化用于選擇性萃取鑭系元素離子

圖九、將PAF-11改性為PAF70-NH₂和PAF70-硫脲的示意圖

圖十、雙功能PAF材料的制備的示意圖

【小結】

本文總結了通過后合成功能化技術構建PAF的重大進展。首先，偶聯反應的高轉化率和高純度的原料，對于實現高聚合度和產率以及有機多孔材料的大表面積是必不可少的。具有高表面積的多孔框架是理想的支架，因為它具有大量的自由空間以容納客體分子，以促進填充在孔內的活性物質的冷凝。其次，具有光學，熱力學或動力學特性將提供具有固有高容量的多孔骨架。最后，在PAF中，開孔中易于修飾的成分與互補官能團結合獲得良好的活性。通過此方面合成的PAF，具有雜原子，納米顆粒，離子基團或手性片段的雜合骨架可以在催化，能量轉換和污染物去除方面呈現多方面功能。

文獻鏈接：“Porous Aromatic Frameworks as a Platform for Multifunctional?Applications?”(ACS Cent. Sci.?DOI:10.1021/acscentsci.9b00047 )

本文由材料人編輯部學術組CYM編譯供稿，材料牛整理編輯。

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