近日，国家纳米科学中心韩宝航课题组、张礼智课题组，与河南大学牛景杨课题组在制备亚乙烯基键连接的共价有机框架材料(COFs)的合成方法学上取得进展。相关研究成果发表在《Journal of the American Chemical Society》杂志上。
亚乙烯基键连接的共价有机框架(viCOFs)是由稳定的–C=C–键构成，自被开发以来已经在催化与光电领域表现出优异的应用前景。viCOFs在酸、碱和大多数常见有机溶剂中具有优异的化学稳定性。然而，这种稳定的键接方式也极大的减弱了viCOFs中错配键的校正概率，从而影响了viCOFs的有序性。目前合成viCOFs需使用强酸或者碱性催化剂，在传统的均相催化溶液合成中，很容易获得非晶产物或具有平面外缺陷分支的低结晶度viCOFs。尽管可以在合成COFs中使用异相基底来调节2D COF层的堆积和取向，但仍然无法避免均相催化剂导致的非晶区域的形成。这些非晶区严重限制了viCOFs的应用前景，迄今为止，仍然缺乏一种有效且简单的策略用来制备高度长程有序的2D viCOFs。
在此，本工作开发了一种异相催化策略来调控2D viCOFs的生长过程。首先选择了具有Brønsted碱性的多金属氧酸盐(POMs)作为异相催化剂，POMs平整的晶面作为平面模板诱导2D viCOF层在x–y平面上生长。这极大地抑制了均相催化剂导致的无约束生长，从而提高2D viCOFs的结晶度。另外，POMs的水溶性使得可通过水洗实现POMs和viCOFs混合物的轻松分离。基于大量的探索性实验，使用POMs在较短的时间内成功制备出6种具有较高结晶度和孔隙率的2D viCOFs，证明了方法的普适性。更重要的是，这种催化策略可以实现2D viCOFs的克级制备，为批量制备高质量2D viCOFs提供了新的技术路线。结合理论计算，本工作进一步提出了异相催化合成viCOFs的插层生长方式。
国家纳米科学中心韩宝航研究员、张礼智研究员、丁雪松副研究员、杨东辉副研究员与河南大学牛景杨教授为共同通讯作者。中国科学院大学博士研究生程元哲是第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院战略性先导科技专项B类的资助。
