共价有机框架材料催化剂

共价有机框架材料（covalent organic frameworks, COF）是功能材料领域研究的热点之一。COF具有孔道结构高度有序、孔径可调、比表面积较大、合成方法多样和易于功能化修饰等优点,是一类新兴的多相催化剂。目前,COF催化剂主要设计思路是：基于“自下而上”策略将非金属催化活性中心嵌入材料骨架来构筑本征型COF催化剂,或者以COF为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子构建多相催化剂。鉴于COF以上优势,预计COF催化剂在多相催化和手性催化领域中的应用也将取得更大的进展。本文综述了COF催化剂的合成和功能化策略,并展望了COF在多相催化领域中的应用前景。     

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。     

基于共价有机框架材料的电化学传感器研究进展

共价有机框架（COFs）材料是一类由轻质元素（C, O, N, B等）通过强共价键连接而成的新兴结晶多孔材料。COFs因其可调孔径、永久孔隙率、拓扑可设计性等优点,被广泛用于电化学传感领域。金属纳米粒子、碳材料、金属有机框架、酶等功能材料与COFs复合,可以显著提高电化学传感器的分析性能,实现高灵敏度和选择性检测。本综述阐述了基于COFs的电化学传感器的最新研究进展,总结了制备方法,并对其传感机制进行了解释。介绍了新型COFs材料的设计和合成,以及基于新型检测模式的COFs电化学传感器的研究进展。     

共价有机框架材料(COFs)在多相催化中的应用

共价有机框架材料(COFs)是一类多孔有机材料,由轻质元素组成,具有比表面积大、孔径可调、稳定性好等特点,在多相催化领域有着广泛的应用.通过改变构筑单元和缩合反应("自下而上"合成法)的类型,或是通过合成后修饰的手段,COFs可以被赋予多种功能并高效催化一系列反应.本文以基于COFs材料的催化反应类型为分类依据,对近年...     

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。     

共价有机框架催化材料:二氧化碳转化与利用

多相催化二氧化碳(CO₂)高效转化为高附加值的精细有机化学品和化工燃料,具有非常重要的研究价值和工业应用潜力。共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)由于其高比表面积、有序的孔道结构、高化学和热稳定性、可控的催化位点等特性,在CO₂吸附和转化方面都展现出突出的优势。通过合理的策略从分子水平对其孔道或表面进行改性引入功能性物种或催化活性位点,能够有效实现其对特定反应的选择性调控并提供物质传输的有利微环境,因此COFs材料近年来在CO₂催化转化领域中得到了迅速的发展,也具有良好的应用前景。本文针对近几年COFs材料在CO₂转化为重要化学品的研究领域进行了简要的综述,总结当前存在的问题,并对COFs催化材料今后在CO₂转化领域的发展进行了展望。     

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.     

一种高比表面积共价有机框架材料的合成及药物缓释性能

合成了一种具有较高比表面积(S_BET=1804 m ²/g)的新型二维共价有机框架(COF)材料(JUC-516), 并将其应用于模拟人体体液(SBF)中模拟动物体内的药物缓释, 取得了较理想的效果. 通过Materials Studio模拟、 粉末X射线衍射(PXRD)、 N₂吸附-脱附分析、 扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等方法表征了所得COF材料的结构, 证实JUC-516是一种基于AA堆积hcb拓扑、 具有高结晶度和球状形貌的共价有机框架材料.     

共价有机框架材料应用进展

共价有机框架材料(COFs)由C、H、N、O等轻质元素组成,是一种通过共价键连接的晶型材料。近十年来发展迅速,受到研究人员的密切关注。COFs具有良好的稳定性、低密度、规则有序的孔道结构、结构的可预测性和可设计性等优点,被广泛应用到吸附、催化、储能、生物传感器和荧光识别等重要领域,但其存在合成困难、合成方法有限等问题。文章回顾了COFs材料的发展背景,选取吸附、催化、储能这三个方面的应用进行详细说明,分析COFs材料能被应用到这三个领域的原因,列举最新的研究成果,并阐述了COFs与特定分子结合在不同条件下应用的机理,总结各领域应用的异同,分析在应用中存在的主要问题。最后,对于COFs材料自身以及在应用中存在的问题提出针对性的建议。     

Recent Advances in Covalent Organic Frameworks for Catalysis

Covalent organic frameworks (COFs) as an emerging type of crystalline porous materials, have obtained considerable attention recently. They have exhibited diverse structure and attractive performance in various catalytic reactions. It is highly expected to have a systematic and comprehensive review summing up COFs‐derived catalysts in homogeneous and heterogeneous catalysis, which is favorable to the judicious design of an efficient catalyst for targeted reaction. Herein, we focus on summarizing recent and significant developments in COFs materials, with an emphasis on both the synthetic strategies and targeted functionalization, and categorize it in accordance with the different types of catalytic reactions. Their potential catalysis applications are reviewed thoroughly. Moreover, a personal view about the future development of COFs catalysts with respect to the large‐scale production is also discussed.     

共价有机框架材料在固定化酶及模拟酶领域的应用

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一类由轻质元素通过可逆共价键连接而成的晶型多孔有机材料。因具有高比表面积、低密度、规则的孔隙和易于功能化等独特的性能和结构,COFs在气体吸附、化学传感和非均相催化等领域有着广泛的应用前景。近年来,COFs逐渐显现出在固定化酶和模拟酶领域的应用潜力,由于可以轻松定制COF上的官能团以保持COF与酶之间的特定相互作用,因此COF成为有吸引力的酶固定基质。此外,COF的连续且封闭的开放通道为渗透酶提供了良好的微环境。同时,探索了COF模拟酶的特征,通过“从下到上”的方法或后修饰策略设计了COF模拟酶。这不仅扩展了固定化酶载体材料的研究和应用范围,还为模拟酶仿生催化提供了新的研究思路。本文综述了COFs固定化酶和作为纳米材料模拟酶(纳米酶)在生物催化领域的研究进展,详细讨论了COFs载体的合成和功能化策略、固定化酶方式,以及COFs纳米酶的设计理念、催化活性和选择性等内容。最后总结了目前COFs在酶催化领域所面临的挑战和未来发展的机遇。     

一种新型酰胺功能化的共价有机框架用于选择性染料吸附

共价有机框架(covalent organic framework, COF)是一种由轻质元素(C、H、O和N)以共价键的形式连接组成的结晶多孔聚合物,由于其具有规则的孔道、可修饰的骨架以及良好的稳定性而被广泛应用于不同的领域.尤其是将含氮的功能基团连接到COF的骨架中,可以为其吸附特定的染料提供丰富的活性位点.基于此,本工作成功制备了一种酰胺功能化的二维共价有机框架材料(JUC-578),通过一系列的表征证明了该材料具有高的结晶度、均一规整的形貌以及开放的一维介孔孔道.更重要的是,发现JUC-578可以选择性地吸附阳离子染料,并且可以多次循环利用.这主要归因于骨架中的氮作为电子给体与缺电子的染料之间的静电作用以及其他弱相互作用(氢键、偶联作用等).与此同时,JUC-578高的结晶度和有序的孔道也是实现可逆吸附染料非常重要的因素.     

3D Microporous Base‐Functionalized Covalent Organic Frameworks for Size‐Selective Catalysis

The design and synthesis of 3D covalent organic frameworks (COFs) have been considered a challenge, and the demonstrated applications of 3D COFs have so far been limited to gas adsorption. Herein we describe the design and synthesis of two new 3D microporous base‐functionalized COFs, termed BF‐COF‐1 and BF‐COF‐2, by the use of a tetrahedral alkyl amine, 1,3,5,7‐tetraaminoadamantane (TAA), combined with 1,3,5‐triformylbenzene (TFB) or triformylphloroglucinol (TFP). As catalysts, both BF‐COFs showed remarkable conversion (96 % for BF‐COF‐1 and 98 % for BF‐COF‐2), high size selectivity, and good recyclability in base‐catalyzed Knoevenagel condensation reactions. This study suggests that porous functionalized 3D COFs could be a promising new class of shape‐selective catalysts.     

2D Covalent Organic Framework for Water Harvesting with Fast Kinetics and Low Regeneration Temperature

Atmospheric water harvesting represents a promising technique to address water stress. Advanced adsorbents have been rationally designed to achieve high water uptake, yet their water sorption kinetics and regeneration temperature greatly limit water production efficiency. Herein, we demonstrated that 2D covalent organic frameworks (COFs), featuring hydrophobic skeleton, proper hydrophilic site density, and 1D open channels significantly lowered the water diffusion and desorption energy barrier. DHTA-Pa COF showed a high water uptake of 0.48 g/g at 30 % R.H. with a remarkable adsorption rate of 0.72 L/Kg/h (298 K) and a desorption rate of 2.58 L/Kg/h (333 K). Moreover, more than 90 % adsorbed water could be released within 20 min at 313 K. This kinetic performance surpassed the reported porous materials and boosted the efficiency for multiple water extraction cycles. It may shed light on the material design strategy to achieve high daily water production with low-energy input.     

Research Progress in Covalent Organic Frameworks for Photoluminescent Materials

Covalent organic frameworks (COFs) are an emerging kind of crystalline porous polymers that present the precise integration of organic building blocks into extensible structures with regular pores and periodic skeletons. The diversity of organic units and covalent linkages makes COFs a rising materials platform for the design of structure and functionality. Herein, recent research progress in developing COFs for photoluminescent materials is summarised. Structural and functional design strategies are highlighted and fundamental problems that need to be solved are identified, in conjunction with potential applications from perspectives of photoluminescent materials.