全共轭二维COFs的构建与光催化应用

有机共价框架（Covalent Organic Frameworks, COF）是一类结构有序的晶态多孔材料，具有高比表面积、结构可设计和功能可调控等特点，在气体吸附和分离、均相催化、能源存储与光电领域等都表现出潜在的应用价值。COFs材料的构筑主要依赖于动态共价化学反应，因此材料的连接单元具有可逆性，化学稳定性较差。另外，这些连接单元往往也具有较差的共轭性。这也就限制了COFs材料的进一步发展和应用。因此，如何构筑化学稳定性高的全共轭COFs成为这一领域的研究难点。青岛科技大学赵英杰教授（点击查看介绍）和李志波教授（点击查看介绍）利用Pictet-Spengler反应成功实现了亚胺键连接COFs到稳定全共轭COFs的转变。

团队研究人员在前期全共轭二维、三维COFs制备基础上（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 5376; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10016），设计和合成了含有噻吩基团的对苯二胺单体，通过希夫碱反应制备了B-COF-1和T-COF-1，然后在三氟乙酸催化下氧化成环实现连接单元转变得到B-COF-2和T-COF-2。红外光谱和固态碳谱确认了连接单元的成功转变，高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）则清楚地证实了其蜂巢状孔结构。X射线粉末衍射（PXRD）与结构模拟数据表明这类COFs材料均采取AA层状堆积。得益于材料的共轭结构，B-COF-2和T-COF-2的光催化活性得到了显著提升，NADH再生效率分别在10分钟内达到5.5%和74%。

图1. 全共轭二维COFs的合成

图2. 四种二维COFs的结构与性质表征

图3. 四种二维COFs的光催化辅酶再生效率比较

该工作发表于J. Am. Chem. Soc.，文章的第一作者是青岛科技大学博士后王元成和博士研究生刘辉。

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Construction of Fully Conjugated Covalent Organic Frameworks via Facile Linkage Conversion for Efficient Photoenzymatic Catalysis

Yuancheng Wang, Hui Liu, Qingyan Pan, Chenyu Wu, Wenbo Hao, Jie Xu, Renzeng Chen, Jian Liu, Zhibo Li*, Yingjie Zhao*

J. Am. Chem. Soc., 2020, 10.1021/jacs.0c00923

导师介绍

赵英杰

https://www.x-mol.com/university/faculty/49926

李志波

https://www.x-mol.com/university/faculty/26736