《Science》封面文章：有机材料的分子水平编织术

纳米材料有许多不同的方法来制造，然而还从来没有人尝试过古老而又常见的编织方法。最近，以美国加州大学伯克利分校的Omar Yaghi教授和瑞典斯德哥尔摩大学的Osamu Terasaki教授为首的一个国际研究团队，利用螺旋状的有机“丝”编织出了史上首个三维共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）。与先前的COFs相比，这种编织出来的COFs在结构的灵活性、弹性和可逆性上显示出了明显的优势。该文发表在《Science》上，并被选作封面文章。（Weaving of organic threads into a crystalline covalent organic framework. Science, 2016, 351, 365-369）

图片来源：Science/AAAS

“我们已经将编织的艺术体现到了原子和分子的水平上，这使我们得到了强有力的新方法，以令人难以置信的精确度操纵物质，从而获得独特、有价值的机械性能。”Yaghi说。

Omar Yaghi教授（左一）和论文作者Yuzhong Liu、Yingbo Zhao。图片来源： yaghi.berkeley.edu

COFs和它们的“表兄弟”——金属有机骨架（metal organic frameworks, MOFs），都是多孔的三维晶体，具有极大的内部表面积，可以吸收和存储大量的目标分子，在碳捕获方面具有很大的应用潜力。通过Yaghi开发的被称为“网状化学”的另一种技术，催化剂也可以被嵌入这些框架以实现期望的功能，例如，还原二氧化碳使其转化为一氧化碳，用做多种化学品（包括燃料、药品和塑料）的原材料。

在这项最新的研究中，Yaghi和他的合作者使用铜（I）配合物[Cu(PDB)2(BF4)]和联苯胺通过亚胺缩合反应，以产生一种被称为COF-505的框架。经X射线和电子衍射表征，研究人员发现，铜（I）离子可以可逆地从COF-505上去除或恢复，而不改变其编织结构。从COF上脱去金属使其弹性增加十倍，而重新使其金属化又能使其恢复到原来的硬度。

图片来源：Science/AAAS

“我们的系统首次实现了通过简单操作在弹性的两种状态之间进行可逆切换，这意味着这些状态之间的循环可以在不降解或改变结构的条件下反复进行，”Yaghi说。“想象一下，基于这些结果创建的分子布料，在一种材料中结合了不同寻常的弹性、强度、柔韧性和化学可变性。”

Yaghi说，这样的编织方法也可以用于制造MOFs材料甚至所有网状框架结构的材料。此外，这些编织结构也可以制成纳米颗粒或聚合物，从而可被进一步制造成薄膜和电子设备。

1. http://science.sciencemag.org/content/351/6271/365

2. http://phys.org/news/2016-01-materials-woven-atomic-molecular.html