華南師范大學化學學院教授蘭亞乾團隊首次提出幾何、位點、鍵合三重協同調控策略，成功合成了15種分子式完全相同但結構各異的同分異構共價有機框架（Iso-COFs），刷新了目前Iso-COFs結構類型的數量紀錄，為多孔框架材料的結構創新與性能-結構關系研究開辟了新路徑。相關成果近日發表于《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）。
論文第一作者、華南師范大學化學學院博士研究生黃沛介紹，COFs因其高結晶度、孔道可調和電子結構可控等特性，在光催化、氣體分離和生物醫藥等領域前景廣闊。其中，Iso-COFs僅通過細微骨架差異即可顯著改變化學與催化性能，是解析微觀結構與宏觀性能內在關聯的理想模型。然而，此前該領域調控手段較為單一，僅限于拓撲、鍵合或位點異構中的某一種，單一策略所能獲得的Iso-COFs數量最多不超過六種，難以歸納出普遍性規律。
針對這一瓶頸，蘭亞乾團隊基于網狀化學原理，設計并實施了三重協同調控策略，成功構建了15種Iso-COFs。在光催化過氧化氫生產測試中，表現最優的TDA-BTD COF產率達到2016.26 μmol g-1 h-1，在420 nm光照下的表觀量子效率為3.67%，且經多次循環后性能保持穩定。結合原位紅外光譜、電子順磁共振、光電測試及密度泛函理論計算表明，該材料具有更高的光生電子利用效率和更低的反應能壘，其過氧化氫生成遵循氧還原與水氧化雙路徑協同機制。值得注意的是，原位生成的過氧化氫還可用于高附加值化學品環己酮肟的制備。
該研究首次將三種異構調控方式整合運用，不僅創下了Iso-COFs合成數量的新紀錄，也為系統揭示結晶多孔材料結構與性能之間的內在關系提供了堅實的結構基礎和重要理論見解。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.6c07811