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，我校威尼斯官网9778818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）。