具有动态响应性质的多孔晶体材料可以对外界刺激（温度、压力、客体分子等）做出周期性结构的整体协同变化（即可逆晶体-晶体转化），以实现其在传感、吸附分离、气体储存、催化等多个应用领域的优异性能。目前，这一特性的研究和利用主要集中在金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)领域，而在更具柔性和结构稳定性的共价有机框架(CovalentOrganic Frameworks, COFs)领域，却因结构表征的困难而鲜有报道。因此，对动态变化的机制阐明和系统设计原理方面的研究亟需新的突破，以推进COF材料成为新一代的动态响应材料，并促进相关应用技术的研发。
最近，我校物质学院章跃标课题组与兰州大学化学化工学院王为课题组开展了联合研究，通过构建亚胺键的三维穿插网络和引入官能基团，获得了首例对有机蒸汽分子具有动态响应性能的COF材料（LZU-301），并综合了粉末X射线衍射、有机蒸汽吸附、129Xe核磁波谱和结构模拟等表征手段，阐明了该COF材料的动态变化过程和机理，提出了系统设计该类材料的基本原理。为了探索动态响应行为在实际应用情景的表现，研究者们测试了该COF材料的气体分离性能和多相催化行为。结果表明，该材料在干燥和湿润条件下都可以实现CO2和N2混合气体的有效分离，而且水的存在辅助了框架的打开，从而进一步提升了吸附性能。通过模型反应测试，他们验证了该材料的多相催化性能，为进一步设计动态多孔催化材料提供了新思路。
目前，该成果已经在国际知名杂志《Journal of the American Chemical Society》在线发表，章跃标为共同通讯作者，其课题组2015级研究生魏蕾为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金、上科大科研启动经费和上科大-中科院上海高研院低碳能源科学联合实验室的支持。
论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b01097
图1. 具有动态响应性质的COF材料的综合表征：粉末X-射线衍射解析（ab），晶型结构的可逆转变（c），溶剂吸附等温线（d），129Xe 核磁波谱（e），CO2的吸附分离穿透曲线（f）。