东北师大ACS Cent. Sci.：多孔芳香框架的多功能应用

【引言】

根据结构组成的不同，多孔材料可分为无机多孔材料（沸石，碳等），无机-有机混合多孔材料（MOF，CP等）和有机多孔材料。有机多孔材料作为一种新型材料，是物理，化学和材料科学领域的一个新的研究热点。由于多孔固体和聚合物的综合优势，有机多孔材料具有高表面积，可调节结构，明确孔隙率和易于加工的特性。此外，各种合成技术有助于设计和制备多种有机多孔材料，迄今为止，这些材料已经在气体储存和分离，催化，能量储存和其他方面取得了重大进展。其中，多孔芳香骨架（PAF）以其大的表面积，大的孔隙率，多样的结构和极好的稳定性而众所周知，最近引起了广泛的研究兴趣。

【成果简介】

近日,东北师范大学朱广山教授（通讯作者）论述了多孔芳香骨架（PAFs）的结构和化学特性的最新进展，包括在分子储存，气体分离，催化和离子萃取等方面的潜在利用，还论述了结构与功能之间的相互关系。将PAF作为代表性的有机多孔材料，提出了一些可行的策略来指导实际应用中多孔材料的制备和开发，PAF的合理构建为发展下一代多孔材料提供了广泛前景。相关研究成果以“Porous Aromatic Frameworks as a Platform for Multifunctional Applications ”为题发表在ACS Cent. Sci. 上。

【图文导读】

图一、几种多孔材料的化学结构。

 图二、具有大表面积的多孔骨架的乌尔曼（Ullmann）偶联反应

 图三、用于气体分离，分子存储，离子萃取和催化的PAF的设计和制备。

与通过可逆有机缩合反应获得的常规COF不同，PAF通过不可逆的交叉偶联反应（通常为C-C偶联）制备，并伴随具有高表面积，开放结构，稳健的骨架和优异的稳定性，通常，具体特征可以通过容纳具有精确形状，大小，杂交或杂环单元的结构单元来调节，然后通过简便的合成方法将单体转化为交联结构。

图四、PAF合成路线图 

（a）使用二聚体型分子构建单元的PAF-100的合成路线；

（b）使用二聚体型分子构建单元的PAF-101的合成路线。

 图五、装有二芳基乙烯染料o-DArE的反应机制

（a）装有二芳基乙烯染料o-DArE的PAF-1会在可见光下释放吸附的CO₂； 

（b）染料的可逆环化反应。

 图六、PAF-1—SMe作为铜检测的选择性捕获材料

图七、改性为PAF-1—CH₂AO的PAF-1样品用于铀提取

 图八、多孔结构，BPP-7，使用羧基密集功能化用于选择性萃取镧系元素离子

图九、将PAF-11改性为PAF70-NH₂和PAF70-硫脲的示意图

图十、双功能PAF材料的制备的示意图

【小结】

本文总结了通过后合成功能化技术构建PAF的重大进展。首先，偶联反应的高转化率和高纯度的原料，对于实现高聚合度和产率以及有机多孔材料的大表面积是必不可少的。具有高表面积的多孔框架是理想的支架，因为它具有大量的自由空间以容纳客体分子，以促进填充在孔内的活性物质的冷凝。其次，具有光学，热力学或动力学特性将提供具有固有高容量的多孔骨架。最后，在PAF中，开孔中易于修饰的成分与互补官能团结合获得良好的活性。通过此方面合成的PAF，具有杂原子，纳米颗粒，离子基团或手性片段的杂合骨架可以在催化，能量转换和污染物去除方面呈现多方面功能。

文献链接：“Porous Aromatic Frameworks as a Platform for Multifunctional Applications ”(ACS Cent. Sci. DOI:10.1021/acscentsci.9b00047 )

本文由材料人编辑部学术组CYM编译供稿，材料牛整理编辑。

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