進入21世紀以來,超分子科學一直是科研工作者的研究熱點之一。氫鍵作用廣泛存在于大自然中并對生命活動有重要的意義,有機體可以通過弱的氫鍵的協(xié)同作用構(gòu)筑穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu),如生命中用于遺傳作用的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等。近幾年,科學家們對穩(wěn)定多孔的氫鍵有機框架(Hydrogen-bonded Organic Framework,簡寫為 HOF)材料的研究投入了極大的熱情和精力,這是因為HOF材料不但具有易再生性、溫和的合成條件和較低的成本等特點,而且極具應用前景,如在氣體存儲和分離等方面均具有潛在的應用價值。但是,作為分子晶體,氫鍵框架材料的穩(wěn)定性較差,這嚴重制約了HOF材料的發(fā)展。近日,中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所洪茂椿院士團隊通過半剛性的四元芳香羧酸有機單元通過自組裝制備了一例具有高比表面積,超高穩(wěn)定性并且易再生的氫鍵有機框架材料。 
通過利用多元芳香羧酸有機單元引入多重的協(xié)同氫鍵作用以及強的π…π相互作用的策略,成功解決了HOF材料穩(wěn)定性較差的問題。這為日后HOF材料的實際應用的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。本文合成的氫鍵有機框架材料HOF-TCBP的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在兩個方面。其一,該材料對水具有較好的穩(wěn)定性,將HOF-TCBP材料經(jīng)過水處理24小時后,其BET比表面積仍然高達1876 m2g-1,這在目前已報道的HOF材料中也處于前列。其二,該材料具有超高的熱穩(wěn)定性,經(jīng)過180oC真空高溫處理后,其BET比表面積僅僅降低了7.8%。即使溫度升高到190 oC,真空高溫處理2小時后,其BET比表面積仍然高達1695 m2g-1。同時,該材料的另外一大特點就是可以通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)其DMF溶液使其快速再生,這極大地提高了材料的可循環(huán)利用性。
多孔HOF-TCBP材料具有良好的氣體分離能力,特別是對C4烴類氣體和CH4具有高的選擇性分離性能。在HOF材料領(lǐng)域,HOF-TCBP材料兼具多種優(yōu)良性質(zhì)的特點是非常罕見的。該工作必將對穩(wěn)定多孔HOF材料的設(shè)計合成起到很好的借鑒作用。這一成果近期發(fā)表在《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int .Ed. 2017, 56, 2101-2104)。該論文的第一作者為胡發(fā)露博士生,通訊作者為吳明燕研究員(青促會會員)和袁大強研究員。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部以及中國科學院先導專項和青促會的資助。
|