从分立多孔有机笼构建基于笼的三维框架材料显现出CO2吸附增强

钱惠芬



从分立多孔有机笼构建基于笼的三维框架材料显现出CO2吸附增强

钱惠芬

(南京工业大学化学与分子工程学院，南京 210009)

多孔有机笼(Porous Organic Cage)是近年来出现的一类新型多孔材料1–4，与分子筛、金属有机骨架材料(MOFs)、共价有机骨架材料(COFs)等二维或三维框架多孔材料不同，多孔有机笼是分立的晶体材料，分立的构筑单元多通过弱相互作用堆积成有序多孔结构，其孔隙由笼内空腔和堆积贯通孔组成。与此同时，多孔有机笼还具备良好的可溶性，多孔有机笼在气体吸附，小分子选择性分离，液体多孔材料5等领域已取得重要成果。多孔有机笼多借助动态可逆共价键(如C＝N、B―O、C＝C)来构筑，不过近年来一些C―C和C―N连接的有机笼6–8也逐渐的进入人们的视野。

最近，南京大学配位化学国家重点实验室黄伟教授课题组在席夫碱大环化合物的系统研究工作基础上，利用扩展四醛和手性二胺通过席夫碱动态可逆共价键缩合，设计合成了一种[3+6]多孔有机笼(NC1)，并进一步应用筑网化学(Reticular Chemistry)的概念以及从笼到框架(Cage to Framework)的合成策略，将该分立的有机笼通过弱配位的碱金属NaI离子连接成三维框架多孔结构(Na-NC1)，该配位聚合物相比于单体有机笼具有更高的比表面和广泛的多级孔道以及良好的溶解性，在气体吸附方面，该配位聚合物展现出优良的气体吸附性能，特别是对CO2表现出极高的吸附容量和选择性，可媲美于一些CO2吸附容量大的MOFs材料。相关结果发表在上9，并被编辑选为热点文章(Hot Paper)。

基于多孔有机笼单元的筑网化学的研究是非常具有挑战性的研究课题，在此之前仅有Copper课题组报道了一例基于过渡金属ZnII构筑的含有还原的席夫碱多孔有机笼(C＝N双键被还原为C―N单键以提高有机笼的稳定性)的框架材料10。该研究成果展现了利用含有动态可逆共价键的席夫碱多孔有机笼做为构筑模块合成具备多级孔道结构的三维网络的可行性，并进一步发现了该多级孔道结构在气体吸附方面巨大的潜力，相信该研究将对多孔有机笼的筑网化学带来全新的发展机遇。

(1) Tozawa, T.; Jones, J. T. A.; Swamy, S. I.; Jiang, S.; Adams, D. J.; Shakespeare, S.; Clowes, R.; Bradshaw, D.; Hasell, T.; Chong, S. Y.; Tang, C.; Thompson, S.; Parker, J.; Trewin, A.; Bacsa, J.; Slawin, A. M. Z.; Steiner, A.; Cooper, A. I.2009, 8, 973. doi: 10.1038/nmat2545

(2) Cooper, A. I.,2011,, 996. doi: 10.1002/anie.201006664

(3) Slater, A. G.; Little, M. A.; Pulido, A.; Chong, S. Y.; Holden, D.; Chen, L.; Morgan, C. Wu, X.; Cheng, G.; Clowes, R.;. I.2017,, 17. doi: 10.1038/nchem.2663

(4)Mastalerz, M.2010,, 5042. doi: 10.1002/anie.201000443

(5)Giri, N.; Del Popolo, M. G.; Melaugh, G.; Greenaway, R. L.; Ratzke, K.; Koschine, T.; Pison, L.; Gomes, M. F. C.; Cooper, A. I.; James, S. L.2015,, 216. doi: 10.1038/nature16072

(6)Wessjohann, L. A.; Kreye, O.; Rivera, D. G.2017,, 3501. doi: 10.1002/anie.201610801

(7)Matsui, K.; Segawa, Y.; Namikawa, T.; Kamada, K.; Itami, K.2013,, 84. doi: 10.1039/C2SC21322B

(8)Segawa, Y.; Yagi, A.; Matsui, K.; Itami, K.2016,, 5136. doi: 10.1002/anie.201508384

(9)Zhang, L.; Xiang, L.; Hang, C.; Liu, W.; Huang, W.; Pan, Y.2017, doi: 10.1002/anie.201702399

(10)Swamy, S. I.; Bacsa, J.; Jones, J. T. A.; Stylianou, K. C.; Steiner, A.; Ritchie, L. K.; Hasell, T.; Gould, J. A.; Laybourn, A.; Khimyak, Y. Z.; Adams, D. J.; Rosseinsky, M. J.; Cooper, A. I.2010,, 12773. doi: 10.1021/ja104083y

From Discrete Molecular Cages to a Network of Cages ExhibitingEnhanced CO2Adsorption Capacity

QIAN Huifen

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10.3866/PKU.WHXB201706143