JACS.: 多级孔共价有机框架颗粒的组合合成及其催化应用

一、【导读】

催化、气体存储和分离等各种应用领域对具有分层结构和高比表面积的多孔材料的需求日益增长。共价有机框架（COFs）因其可调整的结构、高稳定性和功能化潜力，已成为一类前景广阔的多孔材料。同时，COFs也具有高分子材料的共同特点：从分子水平到纳米、介观和宏观水平的结构复杂性或层次性。目前，在框架设计和微孔合成方面取得了重大进展。人们还通过自组装或物理加工来制造高阶结构，包括纳米球、中空纤维、薄膜、泡沫等。然而，合成具有分层孔隙的COFs仍然是一项挑战，大多数报道的方法都涉及合成后修饰或模板辅助合成，而这些方法往往复杂而耗时。同时，由于COFs的不溶性和不熔化性质限制其再加工，以及在其他微孔材料（如金属-有机框架）中引入介观结构可以显着提高其催化性能。因此，开发控制多级结构以定制分级孔COFs的简便合成策略对于COFs的性能和应至关重要。

二、【成果掠影】

近日，浙江大学化学工程与生物工程学院刘平伟副教授团队报道了一种基于动态共价化学的新策略，可实现一步法合成具有分层孔隙的空心COF颗粒。所得颗粒产品具有高结晶度和分级孔隙，且在作为纳米载体原位负载催化剂的应用中表现出独特的优势，为设计具有分层孔结构的COF提供了新思路。相关的研究成果以“Combinatorial Synthesis of Covalent Organic Framework Particles with Hierarchical Pores and Their Catalytic Application”为题发表在Journal Of The American Chemical Society上。

三、【核心创新点】

作者展示了一种新的一步法合成COF颗粒，并将其用作高效的纳米载体。该方法基于动态共价化学，通过一步反应构建亚甲基化酰胺基团的空心COF颗粒，从而实现高结晶度和分级孔隙。该方法具有简单、高效、可扩展性强等优点。

四、【数据概览】

图1  COF颗粒的合成和微观表征。  ©2023 American Chemical Society

图2  COF产品的表征。  ©2023 American Chemical Society

图3  转变过程的研究。  ©2023 American Chemical Society

图4 转变机制的研究。  ©2023 American Chemical Society

图5 由四种单体组成的DCL的研究。  ©2023 American Chemical Society

图6 使用COF纳米载体合成和表征聚酮（POK）。  ©2023 American Chemical Society

五、【成果启示】

综上所述，作者介绍了一种合成分级孔隙COF的新策略，该方法涉及二胺和醛的反应，从而形成亚胺键和COF颗粒的自组装。使用具有大取代基和长烷基链的二胺可促进中孔的形成，而使用小醛和低浓度催化剂则有利于大孔的形成。分层孔隙结构提供了较大的表面积，有利于反应物和产物的扩散，使颗粒成为原位负载钯催化剂的高效纳米载体。钯负载的COF颗粒在 Suzukii-Miyaura 偶联反应中表现出优异的催化活性和稳定性。该研究为设计和合成具有层次结构的多孔材料提供了新的见解。

文献链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c04995

本文由WYH供稿