蒋选丰课题组单晶态氢键共价交联有机框架的拓扑合成及其客体分子诱导下的弹性延展

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材料科学与工程学院“楚天学者”特聘教授、省“百人计划”青年项目入选者蒋选丰教授在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（《美国化学会志》，影响因子14.69，一区TOP）发表高水平研究论文，题为“Topochemical Synthesis of Single-Crystalline Hydrogen-Bonded Cross-Linked Organic Frameworks and Their Guest-Induced Elastic Expansion”（《单晶态氢键共价交联有机框架的拓扑合成及其客体分子诱导下的弹性延展》）。

有机多孔材料在气体吸附分离与储存、多相催化、重金属传感和吸附、光电薄膜以及放射性物质富集等方面有着广泛的应用。然而，可控合成单晶态的有机多孔材料具有非常大的挑战性。2017年，蒋选丰教授在美国达特茅斯学院化学系柯晨峰博士课题组从事博士后研究期间结合HOFs和COFs材料的优点，采用单晶到单晶转化方法（SCSC）和光诱导硫-炔（thiol-yne）共价交联反应成功合成了一类具有高化学稳定性和分子层面弹性的氢键交联有机框架材料HCOF-1（Hydrogen-bonded Cross-linking Organic Frameworks，HCOFs，JACS，2017,139, 7172-7175）。常见的晶态COFs是通过可逆反应精确合成的，而HCOFs合成策略则不同，主要通过光诱导共价交联技术实现晶体孔道内单体和柔性连接子高度有序地共价拓扑交联形成目标HCOFs。毫无疑问，HCOFs框架材料制备过程中的难点在于如何精确调控HCOFs材料的高晶态有序交联。

为解决这一难题，最近我校材料科学与工程学院蒋选丰教授等人成功开发出了一系列具有高晶态和新颖结构的弹性氢键交联有机框架材料HCOFs2-4和一维链状聚合物材料（如图所示），最终成功测定并准确解析了这类晶态HCOFs和一维链状聚合物材料的单晶结构。作者利用同步辐射和X-ray单晶衍射技术收集到高质量单晶数据并准确分析了HCOFs和相应聚合物的晶体结构和内部多维拓扑交联方式。这类HCOFs材料具有高晶态、高化学稳定性和特有的拓扑交联等优良特征，同时在水中表现非常优异的弹性碘吸附性能（晶体在吸附后体积显著增大）。该方法可为实现高稳定性、大尺寸单晶态有机多孔框架材料的多维拓扑合成提供了新的思路和途径。同时，由于报道的HCOFs材料具有较高的化学稳定性和分子层面的弹性，在水中表现出优异的碘吸附能力，因此这类材料在环境污染物的富集和分离方面有潜在应用价值。最新研究成果发表在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society上。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05232

蒋选丰博士长期致力于利用非共价键作用(如：配位键、金属-金属成键和氢键)作为自组装驱动力，将不同功能砖块通过模块化设计、程序化分级自组装构筑一系列新颖超分子自组装体与功能材料，包括：有机-金属超分子簇合物催化剂、手性超分子囚笼、全金属骨架大环以及超分子框架材料等。蒋选丰博士成功将上述超分子功能材料应用到惰性含硫小分子的高效绿色催化脱硫，环境污染物的传感、吸附和分离等方面，并取得了一系列重要研究成果。目前，蒋选丰博士发表SCI收录期刊论文25篇（IF>25， 1篇；IF>10，2篇），其中以唯一第一作者分别在国际化学顶尖期刊《Nature Chemistry》和《Journal of the American Chemical Society》上发表论文一篇。另外, 以共同第一作者在《Journal of the American Chemical Society》上发表论文一篇。