临沂大学 华明明/吕春晓/楚凯斌：Journal of Materials Chemistry A: 功能定制：多孔有机笼的孔工程策略在不同领域的应用

推文作者：临沂大学 华明明

背景简介

作为一类新兴多孔材料，多孔有机笼（POCs）是由轻质元素通过共价键连接形成的具有腔体结构的三维笼状有机分子。POCs不仅具有内部本征腔体，在脱除溶剂的过程中其可通过分子间作用力堆积形成兼具本征孔和堆叠孔的多孔晶体。孔工程是开发具有特定孔结构和孔环境的多孔材料的关键策略，可用于设计制备具有定制功能的POCs，进而拓宽POCs的应用领域。作为一类备受瞩目的新型材料，虽然已经有一些综述总结了POCs的合成和应用，但仍然缺乏关于POCs孔调控的综述。因此，研究POCs的孔参数调控与特定功能的案例，并归纳总结孔结构-功能的关系，对于进一步拓展POCs的应用领域具有重要意义。

基于此，临沂大学华明明博士、吕春晓博士和楚凯斌博士等共同合作，综述了POCs孔结构和孔环境调控的最新进展和在相应领域的应用，此外，文章还讨论了POCs孔道调控的未来前景和挑战。相关综述以“Tailoring functionalities: pore engineering strategies in porous organic cages for diverse applications”为题，发表在Royal Society of Chemistry出版社期刊Journal of Materials Chemistry A上，该文章被选入2025年Journal of Materials Chemistry A热点文章集。

本文要点

本文综述了POCs的孔道设计调控，重点介绍了POCs的内部孔、外部孔隙和孔环境实例，并探讨了POCs的孔道调控在不同应用领域的运用。由于POCs的成键化学和构建基元类型影响着内部腔体尺寸、孔隙率和孔功能，拓扑结构决定POCs的孔结构，因此文章首先介绍了POCs的成键化学、构建基元类型和拓扑结构分类等相关基础知识；接着介绍了二维核磁、单晶X射线衍射、原子力显微镜等测定POCs内部腔体和外部孔隙率的表征技术，最后探讨了POCs内部腔体、外部孔隙率和孔环境的调控策略：（1）在设计合成阶段，可通过构筑单元的多样性和成键化学的可选择性对内部腔体的尺寸和腔体环境进行调控；（2）在POCs分子形成后，其出色的溶液加工性能有助于通过后续的化学反应微调腔体尺寸和环境；（3）POCs的外部孔隙率可通过改变分子笼的类型、溶剂类型、溶剂去除方法和外加模板进行调控。此外，文章进一步总结了POCs的孔道设计调控在气体储存和分离、传感和检测、能量存储转换以及多相催化等领域的运用。最后，文章指出尽管POCs的孔道调控取得了显著进展，但在刺激响应孔道、等级孔结构以及计算化学辅助孔设计等领域仍待探索。

文章链接：

M Hua, Y Ding, C Lv, N Han, K Chu, Tailoring functionalities: pore engineering strategies in porous organic cages for diverse applications. J. Mater. Chem. A, 2025, 13, 1641-1658. https://doi.org/10.1039/D4TA07124G.

作者介绍：

华明明，临沂大学材料科学与工程学院讲师，2022年博士毕业于山东大学。至今已在Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, J. Colloid Interface Sci.等高水平期刊上发表7篇论文。研究方向主要集中在有机多孔材料的设计合成、无机胶体纳米晶制备以及利用非共价相互作用构筑多功能复合材料。

吕春晓，临沂大学材料科学与工程学院讲师，2020年博士毕业于青岛大学，后进入中国科学院化学研究所从事博士后研究工作，于2022年10月入职临沂大学。在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Matter, ACS Sens., Small等期刊上发表高水平研究论文40篇，他引2000余次，H因子26。主要从事环境功能材料的设计合成及其在环境分析和能源存储与转化等领域的研究。

楚凯斌，临沂大学材料科学与工程学院讲师，2023年博士毕业于江南大学。至今已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.等高水平期刊上发表35篇论文。以第一作者/通讯作者，在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Energy Mater.、Adv. Sci.等期刊上发表了论文13篇。申请中国/美国发明专利9项，其中授权中国专利6项，美国专利获授权1项，主持相关项目2项。研究方向主要集中在钙钛矿/功能性有机多孔材料的设计及其在电催化合成氨领域的应用，以及智能水凝胶复合材料在光催化领域的应用。