柔性共价有机框架的构建及其动态响应行为研究

Host-guest interaction has been playing a vital role in diverse disciplines including chemistry, materials science, and biology. The core of the host-guest chemistry is design and synthesis of host frameworks. Covalent organic frameworks (COFs) as an emerging class of crystalline porous organic materials, which is characterized by robust covalent linkages, long-range ordered structures, uniform pore-size-distributions, high surface areas and low skeleton densities. Hence, COFs materials exhibited high potentials in host-guest chemistry.. This project aim to integrate the zeolitic regularity and enzyme-like flexibility in porous organic materials and construction of 3D flexible covalent organic frameworks via solvothermal condensation of liner and tetrahedral monomers. By choosing the different-sized precursors, a series of new 3D COFs can be constructed and applied to investigate the relationship between the structure and dynamic behaviors. The synthesized flexible COFs can be applied in some host-guest processes. This project will provide the new ideas for construction of smart materials with dynamic behaviors.

主客体相互作用在化学、材料学、生物学等诸多学科中都扮演着重要的角色，而主客体化学的核心是设计构建各种主体框架。共价有机框架材料（COFs）作为一类新兴的晶型有机多孔材料，其具有强健的共价键连接方式、长程有序的晶型结构、均一分布的孔径、以及高的比表面积和低的骨架密度，因此在主客体化学中具有巨大的应用潜力。. 本项目将分子筛的有序性和酶的结构可变性统一于有机多孔材料中，拟通过直线型单体和四面体型单体的溶剂热缩合来构建具有柔性结构的三维共价有机框架材料。通过选取不同尺寸的前体，拟构建一系列新的三维COFs材料，并考查结构和动态响应行为之间的关系，进一步将得到的柔性COFs材料应用于不同的主客体过程中，这为构建具有动态响应性能的智能材料提供了新思路。

柔性多孔晶体材料是一类同时具有结构可变性和长程有序性的多孔固体材料，其在气体吸附与分离、生物医药、化学传感、能量转移等领域具有潜在的应用价值。本项目将有序性和动态响应性统一于共价有机框架中，拟设计构建共价键连接的柔性多孔晶体材料。经过三年执行期的实施，本项目取得的研究进展如下：1）通过直线型前体和四面体型前体发生席夫碱缩合，得到了在客体分子诱导下可发生晶态到晶态结构转变的三维共价有机框架材料（COF）；2）通过延长直线型前体尺寸，得到了在客体分子诱导下可发生无定型到晶态结构转变的三维COF材料；3）通过增加四面体型前体的刚性，得到了具有刚性结构的三维COF材料；4）考察了所合成三维COFs对不同客体分子的动态响应行为。另外，我们还构筑了具有不同性能的无定型柔性有机网状聚合物材料，这类材料由于柔性的连接方式，在干燥状态下几乎呈无孔状态，但是在水溶液中能够有效吸附去除污染物离子。柔性共价有机框架的设计构筑为构建具有动态响应性能的智能材料提供了新思路和研究基础。