共价有机骨架（COFs）由于其高比表面积、永久的孔隙率和结构可设计性强，近年来获得了广泛的关注。合成均匀的COFs微球是将其用作新型液相色谱固定相的前提。然而，直接合成均匀的COFs微球具有挑战性，因为其构建单元的结构在指导晶体形貌方面起着关键作用，而反应成核及反应过程的热力学和动力学也会显著影响COFs形貌。因此，通过传统方法制备的COFs通常具有不规则的形状或纳米级的尺寸，导致柱容量低、柱效低、柱背压高。目前，直接合成的COFs微球种类较少且缺乏必要的功能位点，限制了COFs在液相色谱中的进一步应用。因此，在保持COFs微球形貌、孔隙率、结晶性的同时，建立COFs微球的功能化策略具有重要意义。

近日，天津大学化学系化学测量与成像中心的王勇教授、雷圣宾教授团队在该领域取得进展。该工作开发了一种简便、通用的构建块交换策略，实现了COFs微球的表面功能化。以PCOF微球为母体材料，通过更换功能连接体（EM-1 – EM-6）构建了六种不同类型的COFs微球，展示了该策略的普适性和优越性。进一步利用“自限制动态连接体交换”机理解释了形貌保留的转变机制。此外，手性功能化的COFs微球被用作液相色谱固定相并实现了有效的对映体分离（方案1）。

作者首先通过一种简便的方法在室温下合成了具有均匀球形形貌和高结晶度的PCOF微球。为了实现COFs微球的功能化，基于原位连接体交换策略将功能连接体EM-1有效地掺入PCOF微球中。结果显示，COFs微球在交换温度为30、60和90 ℃时均能保持球形形貌，而在120 ℃时发生塌陷并呈现出类似碗状的形貌。随着反应温度的升高，交换度分别逐渐增加到10.7%（30 ℃）、21.9%（30 ℃）、34.6%（90 ℃，最佳反应温度）和86.1%（120 ℃）。与PCOF相比，ECOF-1具有高度相似的PXRD谱图、HR-TEM图像、比表面积以及尺寸分布，表明重构转变可以保持母体框架的结构特性。

为了证明“自限制动态连接体交换”策略的普适性，采用不同的功能连接体（EM-2 – EM-6）进行交换，其中EM-1和EM-2具有手性位点，EM-3和EM-4具有亲疏水性侧链，EM-5和EM-6具有反应活性位点。结果显示，上述交换反应均获得了具有高结晶度和球形形貌的功能性COFs（ECOF-2 – ECOF-6）。然而，TPB和功能性连接体直接反应得到的产物为非晶态且形貌不规则的聚合物。

为了深入探究交换过程，作者以Au NPs作为可视化探针观察表面重构的过程。随着连接体交换的进行，PCOF@Au NPs中Au NPs逐渐聚合成更大的颗粒，这表明COFs骨架发生了局部的溶解-重构转变。通过HR-TEM监测了交换过程中的局部形貌变化。结果显示，随着交换时间的延长，PCOF表面原本直径为30-50 nm的松散放射状纳米棒变宽，彼此逐渐融合成海胆状形貌。在整个交换过程中所有中间态均展现出的有序晶格条纹，表明该重构转变可以保持其高结晶度。通过对EM的投料量、侧链结构、交换时间以及PCOF粒径大小对交换程度的影响进行分析，推断出该连接基交换是一个“自限性”的过程，是反应热力学与分子扩散能垒之间微妙平衡的结果。结晶性较高的PCOF微球具有开放的一维孔道，功能连接基可以扩散到孔道中进行交换反应。但随着交换反应的进行，新形成的含有功能侧链的孔道会显著增加被交换的连接体和功能连接体的扩散能垒，最终导致分子扩散受阻，交换反应停止。

最终，选择三种手性COFs（ECOF-1，ECOF-2和ECOF-6@β-CD）作为固定相进行了功能验证。结果证明，手性ECOFs在分离手性化合物时表现出令人满意的分离效果和分析时间，同时具有良好的重复性和长期稳定性。这一结果有力地证明了连接体交换策略在构建功能化COFs微球固定相中的应用潜力。