大孔三维共价有机框架的拓扑导数策略

《Journal of the American Chemical Society》：Topological Derivative Strategy for Large-Pore Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks

三维共价有机框架（3D COFs）的孔道调控面临结构穿插难题，本研究通过拓扑导向设计策略，将scu网状结构转化为mmm和jcg两类衍生框架。mmm系列因复杂穿插导致孔径（2.6-3.9-1.2 nm）波动，而jcg系列通过精确设计实现5.1 nm最大孔径（JUC-698）。维生素B12和肌红蛋白的封装实验证实了人工调控孔道结构的可行性。

　　

在开发具有超大规模孔隙的三维共价有机框架（3D COFs）的过程中，结构相互渗透是一个根本性挑战。我们通过一种基于拓扑结构的设计策略来克服这一限制，该策略通过控制单体选择，将具有边缘传递性的scu网络转化为两种不同的衍生框架——mmm和jcg。这种方法导致了不同的孔隙演化行为：mmm系列COFs（JUC-693至JUC-695）由于复杂的相互渗透模式，其孔径大小波动较大（2.6纳米 → 3.9纳米 → 1.2纳米），而jcg系列框架（JUC-696至JUC-698）则表现出可控的孔径扩张，其中JUC-698的孔径达到了5.1纳米的记录值。包括使用维生素B12和肌红蛋白进行的大分子封装研究在内的全面表征，证实了这些工程化孔隙的结构完整性和可访问性。我们的发现表明，基于拓扑结构的设计是一种有效的工具，可用于克服多孔材料开发中的相互渗透障碍。