日本科学家研究出稳定的晶态多孔共价有机骨架材料

  共价有机骨架材料(COFs)是一类多孔聚合物，可自动精确地把有机单元合并到周期性结构中，创造高度有序的π柱状阵列和一维开放通道。一个重要的结构特征是可以在初高阶结构级别预先设计。COFs已成为材料设计和功能探索的平台。然而，它们的低稳定性已经阻碍了实际应用。

  日本综合研究大学院大学博士研究生Hong Xu(现康奈尔大学博士后研究员)在自然科学研究院分子科学研究所和他的同事们尝试设计并合成稳定的晶态多孔共价有机骨架材料。他们关注亚胺连接的六方二维分层架构的COFs。通过将电子供体基团合并到亚胺连接的苯环，他们发现极化亚胺键发生软化；这种电子效应降低了层间的排斥力并加强了层间的相互作用，增加了共价有机骨架材料的稳定性。
  新探索的COFs在多种有机溶剂中是稳定的，如水(25和100°C)、强酸(12mol/L盐酸水溶液)和强碱(14mol/L氢氧化钠水溶液)。在这些溶剂中分散七天，COFs保持着结晶和孔隙度。目前还没开发出这样稳定的COFs，为功能性探索提供了平台。
  在这项工作中，他们进一步研究了这些稳定的COFs手征性有机催化功能。通过将手征性催化位置与COFs的孔壁合并起来，该研究小组开发了一系列手征性COFs，其中孔壁上的有机催化位置可被精确地调整。凭借COFs骨架的不溶性，手征性COFs作为不对称迈克尔反应的异构催化剂。
  这些催化剂表现出高度加强的催化活性和高度对映选择性，最重要的是，它们在室温水环境条件下催化了反应。这些COFs催化剂易于从反应系统中通过简单的过滤而分离，并可循环使用多次。异构有机催化剂的开发将大大降低化学转换的成本并提供了更为实际的应用。他们的成果发表在2015年9月21日的《Nature Chemistry》期刊。
  “在任何应用前，都要必须考虑到COFs的稳定性。电子供体对COFs影响的发现是一个意外的惊喜。这项工作非常好地展示了COFs非常有趣的地方，化学在材料科学中如何发挥关键性作用”，Hong Xu说。
  该研究小组的组长助理教授Donglin Jiang评论说，“在COFs领域一个最具挑战性的问题是如何同时具有稳定性、结晶性和孔隙性。这项研究将加速COFs的功能探索和应用。

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