朝向非离子型共价有机框架纳米片的变构调节

《Journal of the American Chemical Society》：Allosteric Modulation toward Nonionic Covalent Organic Framework Nanosheets

非离子共价有机框架纳米片（nCOFNs）通过次级胺协同调节机制实现溶液相合成，促进平面内组装并抑制平面外组装，在常温下获得高结晶度（ aspect ratio >1000）和82%产率。所制备nCOFNs膜具有127 L·m?2·h?1·bar?1超高通量甲醇渗透性，连续过滤耐久性超1000小时，并成功组装为430 cm2平面膜及空心纤维膜。

　　

非离子型共价有机框架纳米片（nCOFNs）是新一代多功能材料的基础构建单元。然而，高结晶度、大尺寸nCOFNs的溶液相合成仍然极具挑战性，因为这需要同时调控层内框架的化学相互作用和层间堆叠的物理相互作用。别构作用是一种普遍存在的自然现象，可用于调控生物大分子的结构和活性，在合成功能性材料中仍有待探索。本文介绍了一种用于β-酮胺连接型nCOFNs溶液相合成的别构调控策略：二级胺作为别构调节剂，可促进烯醇-酮互变异构反应的可逆性，从而实现层内组装的别构激活；同时，其空间位阻效应又能抑制层间组装的进行。这种调节剂具有较高的氮原子暴露因子和中等大小的侧基，能够在两种别构效应之间达到最佳平衡。因此，在常温条件下即可温和地合成出高结晶度、长宽比超过1000的一系列高质量nCOFNs，产率可达82%。nCOFNs优异的溶液加工性能使其能够轻松组装成薄膜，这些薄膜具有超高的甲醇渗透率（127 L m^–2 h^–1 bar^–1），在连续过滤过程中表现出超过1000小时的优异耐久性，并且在纯化高价值药物方面具有高效性。此外，我们还通过将nCOFNs组装成大面积平板膜（约430平方厘米）和中空纤维膜，展示了其实际应用潜力。