氨基酸功能化晶态多孔聚合物的研究进展

以金属有机框架(metal-organic frameworks, MOFs)和共价有机框架(covalent organic frameworks, COFs)为代表的晶态多孔聚合物,具有高比表面积、多样的结构、开放的孔道、丰富的官能团、易功能化等特点,在气体储存和分离、催化、储能、光电器件等领域都有着广泛的应用前景.氨基酸是构成多肽和蛋白质的基本结构单元,不仅具有重要的生物学功能,还在药物生产、生物降解塑料、手性催化剂等工业应用中发挥重要作用.将氨基酸引入到MOFs和COFs体系中,可赋予其柔性化骨架、特殊的孔道环境、手性识别位点等特征,并且在一定程度上提高框架材料的生物相容性、可降解性,进一步丰富晶态多孔聚合物的功能和应用.本综述概括了利用氨基酸功能化MOF和COF材料的制备策略,主要包括以氨基酸及其衍生物作为构筑单元、骨架共价修饰氨基酸、以氨基酸作为调节剂;并重点介绍了这些材料在手性拆分、催化、吸附以及质子传导等领域的应用.最后,本综述分析了当前氨基酸功能化的晶态多孔聚合物面临的困难与挑战,并对其未来研究方向进行了展望.     

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.     

MOFs在催化有机分子转化中的应用

金属有机框架化合物（MOF）,又称多孔性配位聚合物,是有机配体与金属离子自组装而成的一类新型有机-无机杂化多孔材料,是纳米材料的重要组成部分。与其他多孔材料相比,MOFs具有较大的比表面积、高的孔隙率以及结构和性质可调等特性,使其在非均相催化领域具有良好的应用前景。本文首先对MOFs催化的背景进行简述,然后对近年来报道的MOFs用于有机分子催化转化反应的进展进行了综述及展望,以期为MOFs催化有机反应的设计和开发提供参考。     

羧酸类金属有机框架材料的合成及应用

金属-有机框架材料(Metal-Organic?Frameworks,简称MOFs)是由金属离子（簇）与有机桥接配体通过配位共价键或弱相互作用自组装形成的一类具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。羧酸类MOFs材料中金属中心和有机羧酸配体的可变性导致了其结构和功能的多样性,在气体的吸附与分离、荧光、传感、药物传输以及电催化等多个领域展现了独特的应用前景,并被认为是当今科学上最有前途的材料之一。对于有机配体的选择,从早期易坍塌的含氮杂环类配体过渡到了如今稳定性好的羧酸类配体,解决了不少以前出现的MOFs材料结构单一易坍塌问题。     

提高金属有机骨架材料在二氧化碳热催化转化中的性能:策略及前景展望

近年来,大气中CO2的浓度不断增加,带来全球变暖等一系列严重后果,成为国际社会共同关注的环境问题.将CO2催化转化为高附加值化学品可有效降低其向大气中的排放,同时可实现其资源化利用,符合低碳社会的发展目标.目前,已有多种催化体系实现了CO2向不同化学品的转化.然而,由于CO2自身的热力学稳定性和动力学惰性,这些转化通常需要在苛刻的反应条件和较高能耗下进行.设计开发高效催化体系、实现温和条件下CO2的转化利用引起了工业界和学术界的广泛兴趣.金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属中心通过配位键组装而成的有机-无机杂化材料,在很多方面展现出良好的应用性能.由于其结构的多样性、可设计性、高比表面积和多孔性等独特性质,MOFs在催化领域吸引了很多研究者的关注.其中,MOFs作为非均相催化剂在CO2热催化转化中表现出良好的应用前景,已实现多种CO2向高值化学品的转化路径.但这些催化体系也存在一些缺点,如有些MOFs材料在催化反应中稳定性差以及其微孔性对反应中的传质造成限制等.因此,设计稳定的MOFs和MOF-基材料并对其结构进行优化改性,从而在温和条件下实现高效的CO2转化具有重要意义.本文综述了提高MOFs在CO2热催化转化反应中性能的几种策略:(1)对MOFs结构中的配体进行设计,包括具有活性官能团的配体、活性配合物作为配体和引入混合配体设计多元MOF;(2)调节MOFs结构中的金属中心,设计混合金属中心和包含活性金属团簇的金属中心;(3)构筑多级孔MOFs;(4)设计MOF-基的复合材料,包括MOFs作为载体与金属纳米颗粒、活性配合物和聚合物构建复合材料;(5)利用MOFs作为前驱体制备MOF-基衍生物材料,重点阐述了如何增加MOFs作为非均相催化剂的催化活性位点以及在CO2转化反应中各位点之间的协同作用.此外,介绍了原位表征技术在MOF-基材料用于CO2固定和转化中的应用.最后,分析了MOF-基非均相催化材料在CO2热催化转化领域目前面临的问题和挑战,包括MOFs材料结构优化、催化机理研究和规模化制备等方面,并对未来的发展趋势进行了展望.     

共价有机框架材料催化研究进展

共价有机框架材料(COFs)是一类具有高比表面积、高孔隙率、高结晶度的结构多样性多孔材料.由于COFs具有可设计性、易功能化的特点,可通过"自上而下"或者后修饰策略将具有催化活性的官能团或金属颗粒嵌入到材料骨架当中,从而设计出高效催化剂. COFs已逐渐在多相催化及其它催化领域展现出非常大的应用价值.本文综述了COFs作为催化剂载体在多种催化反应中的合成策略与应用,对COFs催化剂的现状进行了总结与展望,同时指出该领域面临的问题与挑战.     

金属有机框架材料吸附性能应用的研究

金属有机框架材料(MOFs)是一种多孔聚合物材料,其相关研究近年来取得迅速发展。MOFs是以金属离子为中心,桥连的有机配体作为支撑经延伸形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料[1]。由于其较强的功能性、较高的比表面积、超高的孔隙率以及可调控的孔道结构[2],MOFs在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到了极大的重视,并具有广泛的应用前景。本文从MOFs材料的结构设计出发,介绍近几年MOFs材料在能源气体(H2、CH4)的储存,H2S、CO2、有机气体分子的捕集以及医学领域(对于一些药物的吸附装载)的研究进展,并对MOFs材料在应用上存在的问题进行了阐述,对其未来的发展趋势作出展望。     

金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用

金属-有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)材料是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有多孔结构的特殊晶体材料。由于其种类的多样性、孔道的可调性和结构的易功能化,已在气体的吸附和分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出了诱人的应用前景。本文介绍了MOFs材料的类型和常用的合成方法,综述了近年来MOFs材料在催化领域的应用,特别是以MOFs材料中骨架金属作为活性中心、骨架有机配体作为活性中心和负载催化活性组分的催化反应,并对MOFs材料的催化应用趋势做了展望,以期对MOFs材料的催化性能有比较全面的认识。     

金属有机骨架材料在吸附分离大气污染物中的应用

大气污染问题是关系人民生命健康和经济社会和谐发展的重大问题.因此需要开发高效的吸附材料用于大气污染物的吸附和分离.金属有机骨架材料(MOFs)是一类新型的多孔材料,该材料具有结构多样、孔结构有序、大比表面积和高孔隙率等结构特点.MOFs通过调节有机配体的长度和官能团调节孔径和孔道尺寸,并进行功能化修饰在孔道中引入功能性...     

Porous Ionic Liquids or Liquid Metal–Organic Frameworks?

Porous liquids can be prepared from the dispersion metal–organic frameworks (MOFs) in ionic liquids (ILs). Porous liquids prepared from 5 % of ZIF‐8 in a phosphonium‐based ionic liquid are capable of absorbing reversibly up to 150 % more nitrogen and 100 % more methane than the pure ionic liquid.     

多孔有机骨架材料对顺式二醇化合物富集分离的研究进展

基于在碱性环境下硼酸能与顺式二醇化合物可逆共价结合形成稳定的五元或六元环酯,而在酸性环境下环酯开环释放顺式二醇化合物这一特性,设计合成高效、高选择性、高富集性能的硼亲和材料的研究备受关注。近年来,许多研究工作者合成了各种类型的硼亲和材料,应用于高选择性富集顺式二醇化合物。金属有机骨架(MOFs)和共价有机骨架(COFs)由于具有孔径可调、高孔隙率、高比表面积、骨架结构可调和化学及热稳定性良好等特点,被广泛应用于色谱分离和样品前处理领域。为赋予MOFs和COFs材料对顺式二醇化合物的富集选择性,各种不同结构和不同种类的硼酸修饰的MOFs和COFs被合成出来。该综述主要是对近几年来80余篇源于科学引文索引关于硼酸功能化MOFs和COFs的种类、合成方法及其应用文章的总结,包括“金属配体-片段共组装”“合成后修饰”和“自下而上”的硼酸功能化多孔材料的修饰策略,以及硼酸功能化MOFs和COFs的种类,介绍了其在化学分析和生物分析领域的发展概况和应用前景,客观评价了硼酸功能化MOFs和COFs的区别和优缺点。该文旨在让研究人员能够充分了解近几年硼酸功能化多孔有机骨架材料的研究现状、掌握合成思路和方法,为其应用提供一定的理论指导和技术支撑,为加快硼酸功能化多孔有机骨架材料的商业化脚步贡献绵薄之力。     

Advances in Enzyme and Ionic Liquid Immobilization for Enhanced in MOFs for Biodiesel Production

Biodiesel is a promising candidate for sustainable and renewable energy and extensive research is being conducted worldwide to optimize its production process. The employed catalyst is an important parameter in biodiesel production. Metal–organic frameworks (MOFs), which are a set of highly porous materials comprising coordinated bonds between metals and organic ligands, have recently been proposed as catalysts. MOFs exhibit high tunability, possess high crystallinity and surface area, and their order can vary from the atomic to the microscale level. However, their catalytic sites are confined inside their porous structure, limiting their accessibility for biodiesel production. Modification of MOF structure by immobilizing enzymes or ionic liquids (ILs) could be a solution to this challenge and can lead to better performance and provide catalytic systems with higher activities. This review compiles the recent advances in catalytic transesterification for biodiesel production using enzymes or ILs. The available literature clearly indicates that MOFs are the most suitable immobilization supports, leading to higher biodiesel production without affecting the catalytic activity while increasing the catalyst stability and reusability in several cycles.     

Ionic Liquids Supported on Metal‐Organic Frameworks: Remarkable Adsorbents for Adsorptive Desulfurization

Acidic ionic‐liquids (IL) supported on metal–organic frameworks (MOFs) have been shown to be beneficial for adsorptive desulfurization. A remarkable improvement in the adsorption capacity (ca. 71%) was observed in for ILs supported on MIL‐101 compared with virgin MIL‐101. The improved adsorptive performance might be explained by the acid–base interactions between the acidic ionic liquid and basic benzothiophene (BT). Moreover, from this study, it can be suggested that porous MOFs, supported with ionic liquids, may introduce a new class of highly porous adsorbents for the efficient adsorption of various compounds.     

卟啉框架材料在光催化领域的应用

卟啉分子对可见光具有较强吸收能力,被广泛应用于光催化和光敏化材料的设计开发。 基于卟啉单元设计构筑框架结构材料,可以借助框架结构的大比表面积和可调控孔结构,实现对卟啉单元光物理化学性质的修饰和调控,达到提高材料光催化量子产率和光催化选择性的目的。 本文综述了卟啉基金属有机框架材料(MOFs)、卟啉基共价有机框架材料(COFs)、以及卟啉基多孔共价有机聚合物(COPs)在光催化领域的研究进展,通过归纳需要解决的关键问题,对卟啉框架材料的未来发展进行了展望。     

Recent advances in metal‐organic frameworks and covalent organic frameworks for sample preparation and chromatographic analysis

In the field of analytical chemistry, sample preparation and chromatographic separation are two core procedures. The means by which to improve the sensitivity, selectivity and detection limit of a method have become a topic of great interest. Recently, porous organic frameworks, such as metal‐organic frameworks (MOFs) and covalent organic frameworks (COFs), have been widely used in this research area because of their special features, and different methods have been developed. This review summarizes the applications of MOFs and COFs in sample preparation and chromatographic stationary phases. The MOF‐ or COF‐based solid‐phase extraction (SPE), solid‐phase microextraction (SPME), gas chromatography (GC), high‐performance liquid chromatography (HPLC) and capillary electrochromatography (CEC) methods are described. The excellent properties of MOFs and COFs have resulted in intense interest in exploring their performance and mechanisms for sample preparation and chromatographic separation.     

Sophisticated Design of Covalent Organic Frameworks with Controllable Bimetallic Docking for a Cascade Reaction

Precise control of the number and position of the catalytic metal ions in heterogeneous catalysts remains a big challenge. Here we synthesized a series of two‐dimensional (2D) covalent organic frameworks (COFs) containing two different types of nitrogen ligands, namely imine and bipyridine, with controllable contents. For the first time, the selective coordination of the two nitrogen ligands of the 2D COFs to two different metal complexes, chloro(1,5‐cyclooctadiene)rhodium(I) (Rh(COD)Cl) and palladium(II) acetate (Pd(OAc)₂), has been realized using a programmed synthetic procedure. The bimetallically docked COFs showed excellent catalytic activity in a one‐pot addition–oxidation cascade reaction. The high surface area, controllable metal‐loading content, and predesigned active sites make them ideal candidates for their use as heterogeneous catalysts in a wide range of chemical reactions.     

共价有机框架材料的离子化改性及其催化合成环碳酸酯的性能研究（英文）

共价有机框架(COFs)材料是继金属-有机框架材料之后,在拓扑学基础上发展起来的又一类多孔材料.这类材料是由轻质元素(C, H, O, N, B, Si等)通过可逆共价键连接而成的结晶性有机多孔聚合物,具有比表面积大、骨架密度低、孔道结构规整、可人为设计以及表面易修饰改性等特点,自2005年首次报道以来就引起了人们的广泛关注.经过十多年的发展,COFs材料已经被广泛用于气体吸附/分离、光电、能量存储、非均相催化等研究领域.由于材料的多孔性以及相对稳定的特点,近年来COFs材料作为催化剂或催化剂载体用于多相催化反应已经成为该领域的一个研究热点.但是到目前为止,COFs材料的离子化改性用于异相催化相关研究还相对较少.本文选择二维骨架中含有羟基基团的H₂P-DHPhCOF作为载体,通过两步接枝反应成功地将咪唑型离子液体引入到COF材料的孔道中;采用红外光谱、核磁共振、粉末X射线衍射、热失重分析等方法详细地表征了COF材料在后修饰过程中的变化.研究发现, 1,4-二溴丁烷与N-甲基咪唑基团的引入占据了部分孔道,导致框架材料的孔径和孔容减小.同时,我们还将该改性后的离子型C...     

Electroactive Organic Building Blocks for the Chemical Design of Functional Porous Frameworks (MOFs and COFs) in Electronics

Electroactive organic molecules have received a lot of attention in the field of electronics because of their fascinating electronic properties, easy functionalization and potential low cost towards their implementation in electronic devices. In recent years, electroactive organic molecules have also emerged as promising building blocks for the design and construction of crystalline porous frameworks such as metal–organic frameworks (MOFs) and covalent-organic frameworks (COFs) for applications in electronics. Such porous materials present certain additional advantages such as, for example, an immense structural and functional versatility, combination of porosity with multiple electronic properties and the possibility of tuning their physical properties by post-synthetic modifications. In this Review, we summarize the main electroactive organic building blocks used in the past few years for the design and construction of functional porous materials (MOFs and COFs) for electronics with special emphasis on their electronic structure and function relationships. The different building blocks have been classified based on the electronic nature and main function of the resulting porous frameworks. The design and synthesis of novel electroactive organic molecules is encouraged towards the construction of functional porous frameworks exhibiting new functions and applications in electronics.     

Covalent Organic Framework Materials for Photo/ Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction北大核心CSCD

Covalent organic frameworks （COFs）are a class of emerging materials connected by covalent bonds,which have high thermal/chemical stability （except boric acid COFs）,permanent porosity,large specific surface area and good crystallinity. In addition,the structure of the monomer unit in COFs is adjustable and can coordinate with many transition metal ions to provide catalytic active sites. These advantages make COFs helpful to catalyze various reactions. Among them,COFs have an excellent catalytic effect on the CO2 reduction reaction（CO2 RR）. This is mainly because the adjustable pore structure of COFs allows them to adsorb a large amount of CO2 and the π-π stacking structure in COFs can promote charge transfer, which can greatly improve the efficiency of CO2 reduction. COFs can be used as photo/ electrocatalysts to efficiently reduce CO2 to CO,CH4 ,HCOOH and other products. This review discusses the important achievements of CO2 RR catalyzed by COFs, including photo/electrocatalytic CO2 RR and photoelectric coupling CO2 RR. In addition,the future development of COFs as CO2 RR catalysts is also prospected. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.