汪成课题组《德国应用化学》：二维及三维卟啉基共价有机框架-维度对性能的影响

cuihuo

国际权威期刊《德国应用化学》（Angewante Chemie International Edition）发表化学与分子科学学院汪成教授课题组的最新研究成果，首次阐述共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）的维度对性能的影响。
       论文题为《二维及三维卟啉基共价有机框架：维度对性能的影响》（“2D and 3D Porphyrinic Covalent Organic Frameworks: The Influence of Dimensionality on Functionality”）。硕士生孟伊，博士生罗翼、石继龙为共同第一作者，汪成与北京大学孙俊良研究员为共同通讯作者，郎贤军教授在光催化方面提供了帮助。

       COFs是一类由有机构筑单元通过共价键连接而成的晶态有机多孔聚合物，在气体吸附及分离、催化、传感等领域展现出广阔的应用前景。为了开发新应用，COFs的功能化研究受到广泛关注。研究者一般通过选取不同功能基元来构筑功能COFs。然而从维度上讲，同一功能基元可分别构筑二维和三维COFs。原则上，此时功能基元的排列方式不同，有可能导致所构筑的材料性能不同。因此，为了方便后续功能化COFs的设计，非常有必要了解COFs维度对材料性能的影响。
        在先前研究中（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3302；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8705；Nat. Commun. 2018, 9, 5234；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3302），汪成提出了“4+4”连接方式构筑三维COFs。本文中，他们以四醛基苯基钯卟啉为功能构筑基元，采取“4+2”及“4+4”连接方式分别构筑了二维及三维钯卟啉基共价有机框架（2D-PdPor-COF和3D-PdPor-COF）。结构解析表明，2D-PdPor-COF为层状π-π堆积结构而3D-PdPor-COF具有五重互锁pts结构，钯卟啉的排列方式完全不同。他们经过进一步研究，对比了两种COFs在气体吸附及光催化方面的性质差异。相比2D-PdPor-COF，3D-PdPor-COF具有更强的二氧化碳吸附能力及更高的光催化氧化硫醚产率。此外，对于不同尺寸的反应底物，3D-PdPor-COF还表现出选择性催化。此研究表明，在功能性COFs的构筑中，维度对其性能有较大影响，为后续功能化COFs的设计提供启示作用。
       该工作得到国家自然科学基金、湖北省创新团队以及中央高校基本科研业务费资助。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913091


       卟啉（读音：bǔ lín）porphyrin(s)是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥（=CH-）互联而形成的大分子杂环化合物。其母体化合物为卟吩（porphin，C20H14N4），有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环有26个π电子，是一个高度共轭的体系，并因此显深色。“卟啉”一词是对其英文名称porphyrin的音译，其英文名则源于希腊语单词，意为紫色，因此卟啉也被称作紫质。许多卟啉以与金属离子配合的形式存在于自然界中，如含有二氢卟吩与镁配位结构的叶绿素以及与铁配位的血红素。卟啉或经过修饰的卟啉可以与铁、钴、铝等金属配位，在助催化剂的共同作用下催化二氧化碳与环氧化合物共聚。人体内卟啉积累过多时会造成卟啉病，也称紫质症。


       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。
       孙俊良，研究员，博士生导师，北京大学化学与分子工程学院无机固体材料化学研究组组长。1997年进入北京大学化学与分子工程学院,于2001年和2006年分别结束本科和博士学位的学习，其间在美国康奈尔大学交流一年，之后去美国康奈尔大学和瑞典斯德哥尔摩大学从事博士后研究。在2009年得到瑞典科学院青年科学家基金资助开始在斯德哥尔摩大学开始独立研究，在获得中组部青年##计划资助后于2012年2月在北京大学化学与分子工程学院开始科研工作。2016年开始担任中国晶体学会秘书长。研究方向为无机微孔材料的合成和应用(分子筛,含硼/锗骨架结构等)；结构解析方法的发展(单晶,粉末和透射电子显微镜)；致密固相化合物(多铁材料,非公度材料,合金)。已发表SCI学术论文100余篇，包括国际一流期刊 Nature, Science, Nature Mater., Nature Chem.等。