原位配体功能化策略制备共价金属有机骨架促进其析氢反应

新型多孔材料在诸多领域具有广阔的应用前景,其发展引起了研究者较大关注.在过去的十年中,大量的先进多孔材料被设计并应用于不同领域.其中,共价有机骨架(COFs)和金属有机骨架(MOFs)材料由于具有结构多样、孔隙可调以及功能多样等独特性质,得到了广泛研究.为了有效地结合各个组分的优点以获得最优性能,科研工作者投入了大量的...     

二维共价有机框架的设计、合成与应用

二维材料以其优异的物理化学性能受到人们的广泛关注.二维共价有机框架(2D COFs)是近年来发展的一类通过共价键连接的多孔有机晶体材料.2D COFs材料的多孔性、结晶性及二维方向的π电子共轭体系、层间有序的π-π柱状堆积,赋予了该材料优良的物理化学性质.通过拓扑结构设计和单体选择制备的2D COFs材料具有密度低、结构有序、比表面积大、孔径尺寸和结构可调等特点,并可以通过后合成修饰、孔穴客体填充或负载、材料复合等方式实现对2D COFs材料的功能化.另外,基于表面合成等方法,还可以在一定的基底表面制备出取向、有序的2D COFs单分子层或薄膜.本文综述了2D COFs材料的分子结构设计及功能化,及其在物质吸附储存和输运、催化、能量存储与转化、光电子学等领域的应用.     

共价有机框架材料在多相催化领域的研究进展（英文）

共价有机框架(COFs)材料是近年来在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机多孔聚合物,是有机单体通过可逆共价键连接而形成的晶型多孔材料,具有拓扑结构"可设计"、比表面积大、结构规整、孔道均一、孔径可调节以及易于修饰和功能化等优点.与金属有机框架材料(MOFs)相比,由于COFs是以共价键连接形成空间网络结构,具有较好的热稳定性和化学稳定性,又被称为"有机分子筛".COFs的构筑单体为有机小分子,有机小分子来源广泛而且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.自2005年首次报道以来,COFs以其独特的结构和优越的性能,吸引了广大科研工作者的极大兴趣,对其结构设计、可控合成、结构解析以及功能探索成为了研究热点,在气体吸附与分离、光电材料等领域展现出了广阔的应用前景.特别是在催化领域,由于COFs材料的多孔性、敞开的孔道结构、良好的稳定性以及易于修饰的特点,采用COFs作为催化剂以及催化剂载体受到了人们普遍的关注.作为催化剂,COFs可分为本征型催化剂和负载型催化剂.本征型催化剂的设计方法是基于"自下而上"策略将催化活性中心嵌入材料骨架之中;负载型催化剂的设计方法是以COFs为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子来构建多相催化剂.本征型COFs催化剂是在分子水平上引入催化活性中心,具有活性位点均匀分散、数量可控的特点,而且COFs规整均一的孔道结构有利于底物的传质,也为择形催化提供了可能;负载型催化剂通过后修饰方式引入催化活性中心,由于COFs以共价键连接,催化剂稳定性较高.COFs载体具有较大的比表面积,使得催化活性位点分散性好,也有利于底物与催化活性位点的结合.本文综述了COFs作为多相催化剂在催化领域的发展状况,按照COFs引入催化活性位点的类别,如单催化位点、双催化位点以及负载的金属纳米粒子进行了细致的阐述,重点讨论了COFs催化剂的设计理念、制备方式、功能化策略、材料的稳定性、催化活性以及选择性等内容.此外,对COFs作为光催化剂以及电催化剂方面的研究也进行了详细的介绍.最后,我们讨论了COFs在未来催化领域所面临的问题及挑战,并展望了COFs在超分子催化以及酶催化等方面的应用前景.     

离子型共价有机框架材料的合成及其催化性能（英文）

共价有机框架(COFs)材料是在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机晶体多孔聚合物.由于COFs材料具有较高的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性、可设计的孔结构以及容易修饰改性的特点,目前广泛用作催化剂或催化剂载体.COFs的构筑单体为有机小分子,其来源广泛且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.近年来对COFs的研究已经引起人们广泛关注.离子框架材料在气体分子的吸附与分离领域展示了良好性能,通过简单的离子交换过程,可以容易地将具有特定尺寸和功能的反离子引入到框架结构中来调控孔的尺寸大小,从而实现混合气体的有效分离.然而,在催化领域目前尚未见将具有特定催化功能的反离子基团引入到框架之中,研究离子框架材料的催化性能.本文设计合成了一种负电荷为骨架结构的离子型COFs材料.我们首先选取一种化学结构稳定的COF作为骨架前驱体,其中的单体具有可反应的活性基团酚羟基,然后通过与1,3-丙烷磺酸内酯进行开环反应,将烷基磺酸引入到孔中,经过弱碱处理后得到阴离子型COFs(I-COFs),然后通过简单的离子交换过程将具有催化活性的Mn2+以及[Mn(bpy)2]2+配位阳离子分别引入到COFs框架中,得到具有催化功能的新材料.我们考察了两种I-COFs对烯烃氧化制环氧化合物的催化性能,发现所得离子COFs对不同的反应底物均展示了较高的环氧化催化性能.结果证实了离子I-COF催化反应为多相催化,还表现出I-COFs催化剂具有较高的稳定性以及循环使用性能.我们认为,通过简单的离子交换过程,能够赋予I-COFs材料各种不同的功能,从而实现COFs在不同领域的应用.这为多孔材料的功能化设计提供了新的化学平台.     

三维共价有机框架的后合成修饰

三维共价有机框架(3D COFs)是一种由有机构筑基元通过共价键连接而成的三维网状晶态有机多孔材料,具有高比表面积、复杂孔道结构和大量开放功能位点,在气体吸附与分离及催化等领域展现出了独特的应用前景.由功能基团构筑3D COFs可赋予其特征的性质及功能,然而普遍采用的直接构筑法可能存在合成困难、功能基团不兼容及结构解析...     

基于低共熔溶剂的多孔有机框架材料合成及其在固相萃取中的应用北大核心CSCD

本文综述了低共熔溶剂(DES)在多孔有机框架材料(POFs)中金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)合成方面的应用,以及这些新型材料在固相萃取领域的潜在应用。DES作为环保绿色溶剂,不仅用于MOFs和COFs的制备,还在特定情况下作为结构导向剂,对框架的结构和性能产生重要影响。通过合适的DES配方,研究人员能够调控MOFs和COFs的晶体结构、孔径和表面性质,从而获得性能卓越的材料。MOFs和COFs因其具有较大的比表面积和丰富的活性位点,在固相萃取中展现出卓越的吸附能力和选择性,能够有效地从复杂样品中富集目标分析物。研究证明,基于DES的MOFs和COFs在环境分析、食品检测和生物样品分析等领域具有广泛的应用潜力。尽管基于DES的MOFs和COFs在固相萃取领域仍处于初级阶段,但其高效富集和高选择性等特性为实际应用提供了良好前景。未来的研究应继续深入探索基于DES的合成方法,以制备更多性能卓越的MOFs和COFs,并深入研究其在各个领域的应用潜力。这些努力有望将这些新型材料应用于商业化的固相萃取方法中,为分析化学领域带来新的发展机遇。     

手性共价有机框架材料的研究进展与应用

共价有机框架材料(covalent organic frameworks, COFs)是一类是由各种有机小分子单体通过共价键有序连接而成的有机多孔材料.手性是一种在自然界中普遍存在的现象,手性化合物在医学、药学、农业等方面有重要应用.近几年,手性COFs引起了广大科研工作者的注意.手性COFs由于具有永久多孔、隧道型孔道、结构可预测、结构稳定、可循环利用等特点,在手性催化、手性分离等领域具有广泛的潜在应用.合成手性COFs材料的一种方案是通过各种不同的手性构筑单元直接连接而成,所以通过设计不同结构的手性构筑单元和合成具有功能性基团的手性单体可以得到结构多样的手性COFs材料.手性COFs材料的另一种合成方案是利用后修饰的方法将金属粒子或者有机小分子修饰到手性COFs骨架上从而对结构进行功能性调控.     

基于共价－有机骨架固定相的色谱分离应用研究进展

共价－有机骨架材料（COFs）是一类由轻质元素通过共价键形成的多孔材料,具有比表面积大、稳定性好、孔径可调、功能多样、结构可修饰等特点,在分析化学领域如样品前处理和色谱分离等方面显示出了良好的应用前景。其中COFs作为新颖色谱固定相在高效液相色谱、气相色谱和毛细管电色谱分离应用研究也逐渐引起了人们的关注。色谱分离所用COFs均具有良好的化学稳定性,但比表面积、孔径和性质各异,适用于分离不同类型的目标物如有机小分子、同分异构体和手性化合物等。该文综述了近年来以COFs为固定相的色谱分离应用研究进展,包括基于COFs的色谱固定相/色谱柱的制备及其色谱分离应用,并对其进行了展望。     

共价有机框架材料在光催化领域中的应用

共价有机框架(COFs)材料是有机构筑基元通过共价键连接而形成的晶态有机多孔材料. COFs具有孔道结构规整、 及比表面积高等特点, 被广泛地应用于气体储存与分离、 催化、 传感、 储能及光电转化等领域. 将具有可调吸光能力的有机构筑基元引入到COFs中, 可使其展现出强大的光催化潜力. 近年来, COFs在光催化领域中发展迅猛. 本文总结了COFs在光催化产氢、 光催化二氧化碳还原、 光催化有机反应以及光催化污染物降解等方面的研究进展, 并展望了其在光催化领域的应用前景.     

共价有机框架(COFs)材料的结构控制及其在环境化学中的应用

近年来,共价有机框架(COFs)材料因其稳定的结构、高比表面积、大孔隙率、可修饰结构和易于功能化而受到了科学家们的广泛关注。通过控制COFs材料的孔径、形状和链接方式以及后合成修饰,功能性COFs材料在气体储存分离、传感器和药物传输等领域发挥了越来越重要的作用。尤其在环境化学领域,COFs材料的研究和应用已成为一热门课题。本文综述了COFs材料的结构控制、分类以及在环境污染物检测和去除中的应用,包括对重金属离子、放射性核素、有机污染物和气体污染物的吸附和催化等。通过改变构筑单体的大小和形状、引入特殊官能团和活性位点等方法,可以增强污染物与COFs材料的相互作用(氢键相互作用、π-π相互作用和范德华力等),使COFs材料在环境领域应用中有优异的表现。本文最后展望了COFs材料在环境领域的应用前景和今后的研究方向,希望能为该领域的研究提供参考。     

The synthesis of highly crystalline covalent organic frameworks via the monomer crystal induction for the photocatalytic asymmetric α-alkylation of aldehydes

Covalent organic frameworks (COFs) are ordered porous organic frameworks, which found wide applications in gas sorption and separation, catalysis, sensoring, and many others owing to their permanent porosity and designable structural motifs. To take full advantage of the well-defined porous structure, COFs need to be synthesized with high crystallinity. However, the synthesis of COFs with high crystalline is a general challenge, which requires dedicated linker design and reaction condition optimization. To achieve this, we developed a monomer crystal-induced strategy to construct crystalline COFs. The synthesized COFs have higher crystallinity, surface area, and thermal stability than those prepared without monomer crystal induction. Furthermore, the high crystalline COFs exhibit excellent performance in the photocatalytic asymmetric alkylation of aldehydes. The monomer crystal-induced method not only represents a new route for the synthesis of crystalline COFs but also sheds light on the mechanism of the formation of COFs.     

共价有机框架材料在吸附领域的研究进展

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是由有机结构单元通过共价键连接的具有期性结构的多孔化合物。共价有机框架材料具有永久的孔隙、高的比表面积、可调的孔径、易于功能化和高的水热稳定性等优点,广泛应用于许多领域。本文总结了COFs目前主要的合成方法,介绍了COFs在吸附领域的应用和发展。最后,文章指出未来的研究重点是发展更多有机反应和键连方式,合成具有高度稳定性和结晶度、成本低廉的功能性材料。     

Applications of covalent organic frameworks (COFs):From gas storage and separation to drug delivery

Covalent organic frameworks (COFs) are an emerging class of porous covalent organic structures whose backbones were composed of light elements (B, C, N, O, Si) and linked by robust covalent bonds to endow such material with desirable properties, i.e., inherent porosity, well-defined pore aperture, ordered channel structure, large surface area, high stability, and multi-dimension. As expected, the above-mentioned properties of COFs broaden the applications of this class of materials in various fields such as gas storage and separation, catalysis, optoelectronics, sensing, small molecules adsorption, and drug delivery. In this review, we outlined the synthesis of COFs and highlighted their applications ranging from the initial gas storage and separation to drug delivery.     

共价有机框架材料研究进展

共价有机框架材料是一类具有周期性和结晶性的有机多孔聚合物。共价有机框架材料由轻质元素通过共价键连接,拥有较低的密度、高的热稳定性以及固有的多孔性,在气体吸附、非均相催化、能量存储等研究领域有着广泛的应用潜力,引起了科学界强烈的研究兴趣。本文主要综述了近年来共价有机框架材料的最新研究进展,包括其结构设计、合成、纯化、表征以及在气体吸附,催化及光电等方面的应用,并对共价有机框架材料未来的发展趋势进行了展望。     

Recent advances of covalent organic frameworks in electronic and optical applications

Covalent organic frameworks (COFs) as an emerging class of porous materials have achieved remarkable progress in recent years. Their high surface area, low mass densities, highly ordered periodic structures, and ease of functionalization make COFs exhibit superior potential in gas storage and separation, optoelectronic device and catalysis. This mini review gives a brief introduction of COFs and highlights their applications in electronic and optical fields.     

共价有机骨架材料设计及其在分离领域的应用

共价有机骨架(COFs)材料是由有机小分子单体通过共价键连接形成的结晶多孔聚合物。与传统的线性聚合物不同的是,COFs可以在二维和三维空间上对其骨架结构进行控制,从而合成具有高度有序的刚性多孔结构,并且能够调节骨架的化学和物理性质。这种由COF形成的纳米级孔道和空间为分子存储、释放和分离提供了理想的环境。因此它在能量储存、分离、催化等领域有着广泛的应用前景。本文综述了近年来COFs材料的研究进展,主要包括材料的合成策略及其在分离领域的应用,并对COFs材料未来的发展方向进行了展望。     

Rapid Charge Transfer Enabled by Noncovalent Interaction through Guest Insertion in Supercapacitors based on Covalent Organic Frameworks

Covalent organic frameworks (COFs) have been proposed for electrochemical energy storage, although the poor conductivity resulted from covalent bonds limits their practical performance. Here, we propose to introduce noncovalent bonds in COFs through a molecular insertion strategy for improving the conductivity of the COFs as supercapacitor. The synthesized COFs (MI−COFs) establish equilibriums between covalent bonds and noncovalent bonds, which construct a continuous charge transfer channel to enhance the conductivity. The rapid charge transfer rate enables the COFs to activate the redox sites, bringing about excellent electrochemical energy storage behavior. The results show that the MI−COFs exhibit much better performance in specific capacitance and capacity retention rate than those of most COFs-based supercapacitors. Moreover, through simply altering inserted guests, the mode and strength of noncovalent bond can be adjusted to obtain different energy storage characteristics. The introduction of noncovalent bonds is an effective and flexible way to enhance and regulate the properties of COFs, providing a valuable direction for the development of novel COFs-based energy storage materials.     

共价有机骨架材料在分离科学中的研究进展

共价有机骨架(COFs)材料是一类由有机单体通过共价键连接而成的新型多功能结晶有机聚合物,具有比表面积大、热和化学稳定性好、结构和功能可控等优点,在气体存储、药物传递、传感和催化等方面有着广泛的应用。多样的结构和丰富的官能团也使COFs在分离科学中具有巨大的应用潜力。COFs及其复合材料作为吸附剂已被用于固相萃取、磁固相萃取、固相微萃取,以及气相色谱、高效液相色谱和毛细管电色谱的新型固定相。该文综述了近3年来COFs在分离科学中的最新进展,着重介绍了COFs在水介质、食品基质、生物样本等复杂基质中样品前处理和有机分子(包括手性和异构化合物)分离等方面的研究进展,为进一步研究COFs的应用提供参考。     

Challenges and perspectives of covalent organic frameworks for advanced alkali-metal ion batteries

Covalent organic frameworks(COFs) are a class of porous crystalline polymers that have been widely investigated in various fields, including energy storage, photo/electrocatalysis, drug delivery. The covalent-bond interconnection allows COFs extraordinary chemical and thermal stability, and the porous structure ensures a high ion-diffusion coefficient. These merits compensate for the drawbacks of organic electrodes that are easy to dissolve and have low charge conductivity, and promote the development of novel electrode materials with excellent performance, environmental friendliness, and low price. However, the application of COFs also encountered many problems, such as poor electronic conductivity due to the large band gap. Moreover,in some three-dimensional(3D) COFs and stacked two-dimensional(2D) COFs, the huge crystal structure, aligned ultralong channels, and numerous crystal defects usually impede ion transport, and the large molecular weights of COFs generally decrease the specific capacities. These issues are urgently needed to be solved. Here in this review, we summarize the latest progress, core challenges and coping strategies concerning with the use of COFs in alkali-metal ion batteries, discuss the impact of material structure on energy storage, and propose strategies for the construction of high-performance COF-based electrodes.