汪成课题组在《化学研究评述》发文阐述三维共价有机框架

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近日，化学领域权威期刊“化学研究评述”（Acc. Chem. Res.）发表了化学与分子科学学院汪成教授课题组综述文章。文中着重介绍了汪成课题组在三维共价有机框架领域的研究进展，包括新拓扑设计策略、原子水平结构解析、新型构筑基元和应用拓展等。
       论文题为《三维共价有机框架：从拓扑设计到应用》（“Three-dimensional Covalent Organic Frameworks: From Topology Design to Applications”）。该论文第一作者为博士后桂波，通讯作者为汪成教授。

       共价有机框架（COFs）是一类新兴的有机多孔晶体材料，具有比表面高、密度低及可设计性强等特点，在气体吸附与分离、催化、传感、能源等领域都展现出广阔的应用前景。根据其链接维度，COFs可分为二维COFs及三维COFs。相比于二维COFs，三维COFs可具有更高的比表面积、复杂的孔道结构和大量的开放功能位点等，在催化和吸附等领域具有很多优势。然而，相比于研究相对较为成熟的二维COFs，三维COFs的研究极具挑战性。究其原因，主要是三维COFs的合成驱动力来自于共价键的形成，很难从原子层面对成键过程进行精准控制。此外，三维COFs还存在众多难题待解决，包括拓扑合成策略稀少、结构表征困难、功能化前体及应用较少。因此，自2007年首次报道以来，三维COFs相关研究成果报道很少（2016年前研究性论文大概只有10篇），发展非常缓慢。

       面对三维COFs研究中存在的诸多挑战，汪成课题组从问题导向出发，取得了系列重要进展。考虑到一些功能分子（如芘及卟啉）难以通过仅有的两种拓扑合成策略（4+2和4+3）引入到三维COFs中，他们于2016年首次报道了由四面体节点和四边形连接单元通过【4+4】连接方式构筑三维COFs的新策略 (JACS, 2016, google citations: 317)，并进一步证明了该策略的普适性（JACS, 2017, google citations: 144）。在此基础上，合成了具有高结晶性的三维COFs粉晶样品，并首次通过电子衍射技术在原子水平确定了三维COFs粉晶样品结构(ACIE, 2019)。此外，丰富了三维COFs的分子构筑单元，并成功构筑了一系列具有不同功能和应用的三维COFs（Nat Commun, 2018; JACS, 2020; ACIE, 2020），拓宽了三维COFs应用研究。
       不可否认，尽管三维COFs的研究取得了较大的进展，但仍处于萌芽状态，面临许多挑战。最后，作者还对该领域目前所面临的挑战和未来发展方向进行了详细分析，相信随着越来越多研究者的加入，该领域将会取得快速的发展。
       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.0c00357


       文章来源：武汉大学
       汪成，武汉大学教授，博士生导师。汪成博士独立前的学术研究主要围绕刺激响应性（智能型）材料展开，发表论文20余篇，包括Proc. Natl. Acad. Sci. USA（1篇），J. Am. Chem. Soc.（3篇），Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）等，他引700余次，两篇超过100次。独立组建课题组后，汪成博士选择跨领域开展工作，从零开始：以“有机分子基多孔晶态材料”为研究对象，针对其在可控合成及应用方面存在的问题展开研究。截止目前，作为通讯联系人已发表论文15篇，包括Sci. Adv.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、Chem. Mater. (1篇)，Chem. Commun.（3篇），Chem. Eur. J.（1篇），J. Mater. Chem. A（2篇）等。此外，授权中国专利一项，申请中国专利一项。