多孔氢键有机框架(HOFs):现状与挑战

氢键有机框架(HOFs)已经发展成为一类独特的晶态多孔材料,它一般是由有机或金属-有机构建单元通过分子间的氢键相互连接而形成的框架材料.由于氢键强度弱和柔性强,因此大部分HOFs的框架都比较容易坍塌.然而,通过合理地选择刚性且具有特定几何构型的构建单元、引入穿插或π-π作用和静电作用等其它分子间的作用力,稳定且多孔的HOFs也逐渐地被制备出来.与其它含有机组分的晶态多孔材料如金属-有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)相比, HOFs具有自己的特点,例如:温和的合成条件、高度的结晶性、溶剂加工性、容易修复和再生等. HOFs的这些特点能够使其成为一类独特的功能多孔材料.本综述主要概述了稳定且多孔HOFs设计的一些基本原则,系统总结了构筑HOFs常用的超分子合成子以及脚手架,重点综述了近十年HOFs在气体吸附与分离、质子传导、异相催化、荧光和传感、生物应用、对映体拆分和芳香化合物的分离、环境污染物去除和有机结构测定等领域的重要进展.     

从分立多孔有机笼构建基于笼的三维框架材料显现出CO_2吸附增强

正多孔有机笼(Porous Organic Cage)是近年来出现的一类新型多孔材料~(1–4),与分子筛、金属有机骨架材料(MOFs)、共价有机骨架材料(COFs)等二维或三维框架多孔材料不同,多孔有机笼是分立的晶体材料,分立的构筑单元多通过弱相互作用堆积成有序多孔结构,其孔隙由笼内空腔和堆积贯通孔组成。与此同时,多孔有机笼还具备良好的可溶性,多孔有机笼在气体吸附,小分子选择     

基于有机硼酸的共价键有机框架研究进展

共价键有机框架(Covalent Organic Frameworks,COFs)是具有明确孔径分布的多孔晶体材料,在气体贮藏、催化、分离、光学器件和化学传感等方面均有应用前景。有机硼酸中硼原子最外层空的p轨道能与π键产生特殊的轨道作用,也可与路易斯碱发生配位作用。上述特点使其能够作为结构和功能导向的基元而用于构筑共价键有机框架。本文从合成、结构以及性质等方面对有机硼酸构筑的共价键有机框架进行了介绍。     

三亚吡嗪材料能源应用研究进展

三亚吡嗪(HAT)是一种缺电子刚性平面芳香族盘状结构,具有出色的π-π堆叠能力.由于独特的拓扑结构和电子特征, HAT已被广泛用于构筑超分子材料、共价有机框架材料(COFs)、多孔氢键有机框架材料(HOFs)、金属有机框架材料(MOFs)等.HAT衍生物在催化、半导体、单分子磁体、水氧化、质子传导等方面也表现出巨大的应用潜能.近年来,由于能源需求的激增,科学家们基于HAT衍生物在能源领域中的应用进行了大量的研究.在跟踪了HAT衍生物在能源领域的研究进展的基础上,综述了该领域研究的最新进展.     

功能性共轭多孔聚合物材料

有机多孔聚合物(organic porous polymers,OPPs)材料是一类由强共价键将不同几何构型的有机分子砌块链接而成的多维度的多孔网络骨架材料,近年来成为多孔材料发展的一个新方向.按其结构的有序程度划分,OPPs包括无定型(如CMPs,HCPs,PIMs,PAFs等)和晶态(如COFs,CTFs)多孔聚合物两大类.因具有质轻、较大的比表面积、优异的多孔特性、稳定性好、结构与功能可预先设计和精确调控等优点,OPPs在气体存储/分离,非均相催化,光电转换,化学/生物传感,能量存储与转换等诸多领域有着广泛的应用前景.基于"自下而上"的构筑策略,以一种或多种具有特定功能的有机共轭分子为构筑单元,通过其分子间的自聚或共聚来实现二维、三维共轭高分子网络的可控构筑,发展了一系列具有优异光电、催化性能的功能性有机骨架材料.本文总结了近年来作者所在课题组报道的以功能性共轭有机分子为反应单元,自下而上构筑共轭多孔聚合物材料的战略和方法,主要探索了其结构特征以及在光电转换和非均相催化领域等的初步应用.     

有机多孔催化研究进展

有机多孔材料POPs (Porous Organic Polymers)成为近年来的研究前沿之一. 有机多孔材料包括非晶型(如CMP, HCP, PIM等)和晶型(比如COFs等)有机多孔材料两类, 它们具有优异的孔性质、较大的比表面积、稳定性好、重量轻以及易于功能化等诸多优点, 被广泛应用于气体存储分离、传感、有机光电和多相催化等重要领域. 这里对有机多孔材料在多相催化领域中的应用做一综述. 目前, 有机多孔催化领域的研究工作主要有三类: 一类是通过“自下而上”策略将金属-配体类催化剂嵌入有机多孔骨架来构建多相催化剂; 另一类是将有机多孔材料作为载体, 通过后修饰方式负载金属纳米颗粒构建多相催化剂; 最后一类是通过“自下而上”策略将不含金属的有机小分子催化剂嵌入材料骨架来构建多孔有机催化剂. 受益于其结构的优越性, 有机多孔材料在多相催化中表现出优异的催化性能. 借鉴于均相催化的发展, 具有催化活性的有机多孔材料在多相催化领域中的应用也将会有更大的发展空间.     

碳碳键链接的二维共价有机框架研究进展

二维共价有机框架(Two-dimensional Covalent-Organic Frameworks, 2D COFs)是指一类由π-共轭构筑单元通过共价键连接形成的具有二维拓扑结构的晶态多孔材料.由于其独特的周期性多孔结构、高比表面积、优异的稳定性等特点在离子传输、光电材料、催化等领域展现出了巨大的应用潜力.其中,碳碳键链接的共价有机框架因兼具优异的稳定性和良好的结晶性,被认为是最具有前景的二维聚合物材料之一.近年来,基于不同的设计原则和合成策略涌现出了许多具有不同结构和优异性能的碳碳键链接共价有机框架.在这篇综述中,按照构筑单元的拓扑结构对碳碳键链接共价有机框架进行分类,并归纳总结了迄今为止C=C和C—C键链接的二维共价有机框架在合成方法、结构创新、性能提升以及实际应用领域的研究进展.该综述旨在为相关领域的研究人员更好地设计和合成具有多种功能的多孔结晶材料提供参考,从而促进碳碳键链接共价有机框架材料在光电领域的进一步发展和应用.     

共价有机框架材料固定化酶的研究进展

共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）是一种新型的多孔材料,具有结构规整、骨架稳定、孔径结构可调等特点,被视为固定化酶的理想载体。我们主要总结了近10年来COFs材料作为载体,通过物理吸附、共价连接、包埋的固定化策略制备固定化酶的研究进展与应用,并讨论了COFs材料在酶固定化领域所面临的机遇和挑战。     

共价有机框架在传感中的研究进展

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)作为一种由有机结构单元通过共价键连接而成的晶态有机多孔材料,具有结晶性好、密度低、比表面积高以及结构可设计性强等特点,已在分子吸附与分离、催化、光电及能源等领域展现出巨大的应用潜力.近年来,COFs因其固有的结构特点,在传感领域也逐渐引起了科研工作者的广泛关注.主要综述了COFs在爆炸物传感、湿度传感、金属离子传感、pH传感、生物传感、气体传感等领域中的研究进展,并对其发展前景进行了展望.     

固态发光多孔有机聚合物的研究进展

多孔有机聚合物(Porous organic polymers,POPs)是一类新型的多孔高分子材料,通常具有骨架密度低、比表面积大、稳定性好等特性;在气体存储与分离、非均相催化、生物/化学传感等诸多方面有着巨大的应用前景。POPs材料一般具有较大的π共轭体系,将一些发色团引入聚合物骨架之中可以得到不同发光性质的多孔材料。POPs材料兼具多孔性和发光性质,在能量转换、金属离子及爆炸物检测等方面有着广泛的应用。本文通过对固态发光POPs的构筑策略以及相关应用进行概述总结,阐述了该类材料的发展和前景。     

用于放射性碘吸附的多孔有机聚合物

多孔有机聚合物(Porous Organic Polymers,POPs)是一类由不同几何构型的有机分子砌块通过强共价键连接而成的多维网络骨架材料,具有质轻、比表面积大、结构与功能可设计和精确调控等优点,近年来逐渐成为多孔材料发展的一个新方向,预计在气体吸附/分离、催化、光电转换、传感、能量存储等诸多领域有着广泛的应用前景。本文概述了当前国内外POPs的可控合成与性能调控策略,重点介绍了多孔芳香骨架以及共轭微孔聚合物在放射性碘吸附中的应用,并对现阶段POPs碘吸附研究中存在的一些问题和挑战进行了分析与展望。     

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。     

共价有机骨架的设计、制备及应用

共价有机骨架(COF)材料是一类由共价键连接有机构筑单元而形成的结晶型有机多孔材料。COF因其长程有序的结晶结构,以及可设计性、可剪裁性和易功能化的特点,表现出优异的物理化学性质,赢得了科学家们的广泛关注和研究。基于COF材料特定的拓扑结构、多样的单元组成、可调的孔道性质和灵活的功能开发,COF材料在气体存储、非均相催化、传感检测、光电转换、质子传导、储能等方面体现出重要的应用价值。本文从COF材料的设计、制备以及应用等方面,综述COF材料领域的发展和现状,并对其研究和应用前景进行展望。     

共价有机骨架的设计、制备及应用

共价有机骨架(COF)材料是一类由共价键连接有机构筑单元而形成的结晶型有机多孔材料。COF因其长程有序的结晶结构,以及具有可设计性、可剪裁性和易功能化的特点,因而表现出优异的物理化学性质,被科学家们广泛关注和研究。基于COF材料特定的拓扑结构、多样的单元组成、可调的孔道性质和灵活的功能开发,COF材料在气体存储、非均相催化、传感检测、光电转换、质子传导、储能等方面体现出重要的应用价值。本文从COF材料的设计、制备以及应用等方面,综述了COF材料领域的发展和现状,并对其研究和应用前景进行展望。     

二维导电金属有机骨架材料

金属有机骨架(MOFs)是由金属离子或簇与有机配体以配位键组装而成的晶态多孔材料,其高的孔隙率及功能可设计性使其广泛应用于各种领域.然而,传统MOFs多数电导率非常低,这严重制约了其在电学相关领域的发展.近年来,导电金属有机骨架尤其是二维导电金属有机骨架(2D ECMOFs)材料因其结构中独特的π-π堆积及π-d共轭作...     

共价有机框架材料的发展与应用:气体存储、催化与化学传感

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周期性结构的多孔化合物。作为一类新型的结晶性有机多孔材料,由于其密度低、比表面积大、孔隙率高、结晶度好、稳定性高及结构单元可设计等特点受到科学界的广泛关注,在气体吸附与分离、光电、催化、药物传递、储能及化学传感与色谱分离等领域表现出良好的应用前景。本文对COFs材料的发展与应用研究进展进行了简要的综述,对COFs应用中尚待解决的问题进行了总结并对未来的发展方向进行了展望。     

MOFs材料制备方法的研究进展

金属有机框架材料(Metal Organic Frameworks, MOFs)是近二十年来发展迅速的一类以金属离子为中心、有机物为配体的新型自组装骨架材料,由于其具有多孔性、大比表面积、结构与功能的多样性等特点而被广泛研究。基于这些特性,MOFs材料在气体的吸附与分离、催化等领域具有广阔的应用前景。材料研究的第一步是材料的制备与合成,因此,对于MOFs制备方法的研究备受关注。本文综述了近年来新兴MOFs材料的制备方法,主要可分为"由下至上"法和"由上至下"法两大类,并对其发展趋势进行了展望。     

共轭微孔聚合物的制备与应用

共轭微孔聚合物(CMPs)是一类有机多孔聚合物,与常规共轭聚合物或多孔材料相比,其最大的特点是既有π共轭骨架又具有大量微孔.这类材料在解决能源和环境问题方面显示出巨大的潜力,已在气体吸附、非均相催化、发光材料、化学传感器、电能存储和生物杂化物等领域显示出巨大的应用前景.目前已开发出多种用于CMPs结构单元设计与合成的新...     

“一体化”共价有机框架光催化二氧化碳还原研究（英文）

自工业革命以来,温室气体CO₂大量排放使得环境问题日益突出,严重制约了人类的生存和发展.人工光合作用可利用取之不尽的阳光作为驱动力,将CO₂还原为可实际应用的化学燃料(CO、HCOOH等).人工光合作用体系通常包括两部分:光敏剂和催化剂.光敏剂吸收入射光的能量,电子由基态(价带)跃迁至激发态(导带);处于激发态的光敏剂将电子转移到催化剂上;最终由催化剂实现CO₂还原.对光敏剂和催化剂进行合理的调变可以构建更加高效、稳定的人工光合作用体系.共价有机框架(COFs)材料是由轻元素(C, H, O, N, B等)组成的有机小分子构筑单元通过动态共价键组装,所形成的具有预先设计的拓扑结构的一维、二维或三维的晶态有机多孔骨架材料.自从2005年首次报道COFs材料的成功合成以来,COFs逐渐地发展成为了一种具有高潜力和广泛的功能化应用前景的多孔骨架聚合物.特别是二维共价有机框架(2D-COFs).2D-COFs独特的平面扩展共轭π-π结构,使其具有较好的光吸收性能,轴向的π堆叠结构,有利于光生电荷的分离和转移, 2D-COFs材料...     

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。