冠醚作為第一代超分子主體化合物，自上世紀(jì)60年代報(bào)道以來在配位化學(xué)和超分子化學(xué)領(lǐng)域被廣泛研究。冠醚分子種類眾多，共性是具有可包裹客體分子的空腔環(huán)，根據(jù)環(huán)大小不同，能與不同的金屬離子、陰（陽）離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，且伴有顯著的親和力和選擇性，因而使得冠醚類化合物在吸附與分離領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。目前，利用冠醚為主體分子構(gòu)筑吸附材料大多數(shù)是將其接枝在高分子聚合物上。然而，由于其柔性的分子鏈空腔，基于環(huán)狀冠醚為骨架，設(shè)計(jì)合成具有高結(jié)晶度的多孔框架材料仍是挑戰(zhàn)性難題。
近日，上海高等研究院的徐慶副研究員和華東理工大學(xué)的劉洪來教授、以及中原工學(xué)院青年教師翟黎鵬合作，以柔性的18-冠醚-6和24-冠醚-8為構(gòu)筑基元，制備了具有不同冠醚空腔的多孔的晶體共價(jià)有機(jī)框架 (Py-B18C6-COF，Py-B24C8-COF)，表現(xiàn)出優(yōu)異的堿金屬離子吸附分離性能。
圖1. 具有不同冠醚空腔的共價(jià)有機(jī)框架合成示意圖 與引入冠醚作為側(cè)基不同的是，在該研究中冠醚是被植入到COF骨架中，結(jié)合粉末X射線衍射、高分辨率投射電鏡和氮?dú)馕摳角€分析表明，冠醚COFs材料具有高結(jié)晶度、永久的多孔性和高比表面積。此外，兩種冠醚COFs材料優(yōu)異的酸堿和化學(xué)穩(wěn)定性也為水處理應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。由于冠醚COFs開放的一維孔道以及高密度的吸附位點(diǎn)，賦予該類材料為優(yōu)良的固體吸附劑。吸附實(shí)驗(yàn)表明，Py-B18C6-COF材料對(duì)K+具有最優(yōu)的親和力，其室溫下的飽和吸附容量達(dá)244.21 mg g-1，冠醚空腔較大的Py-B24C8-COF則對(duì)Cs+具有最優(yōu)的親和力，其室溫下的飽和吸附容量達(dá)223.05 mg g-1。 圖2. 冠醚COFs的 (a,b) 粉末X-射線衍射，(c,d) TEM，(e,f) 氮?dú)馕降葴鼐€，(g,h) 化學(xué)穩(wěn)定性 在該項(xiàng)工作中，作者基于柔性冠醚分子精準(zhǔn)構(gòu)筑了兩種具有高結(jié)晶度的多孔共價(jià)有機(jī)框架，實(shí)現(xiàn)了高效的堿金屬離子吸附分離性能，因而為構(gòu)筑具有特異性吸附行為的COFs提供新思路。 論文信息： Construction of Covalent Organic Frameworks with Crown Ether Struts Shuhao An, Qing Xu, Zhihui Ni, Jun hu, Changjun Peng, Lipeng Zhai, Yu Guo, Honglai Liu 文章的第一作者是華東理工大學(xué)的博士后安書浩。 Angewandte Chemie International Edition DOI:10.1002/anie.202101163 Angewandte Chemie International Edition
