共价有机骨架COF的研究进展

2005年之前，很少有人利用共价键去构筑超分子结构，当时比较常用的是非共价相互作用。利用共价键替代非共价键，可以**增强结构的稳定性和刚性。然而，如果需要得到长程有序晶态的超分子结构，需要考虑共价键的可逆性。相比MOF这种同时具有有机（配体）和无机（金属）组分的混杂材料，COF是一种只包含有机组分并通过共价键组成的类沸石结构。它同样具有有序晶态，并且比起MOF材料还有更轻、更稳定等优点。从2005年COF-1（COF材料）和COF-5的问世以来，二维和三维的COF材料层出不穷，它们的结构和性质引起了广泛的关注。尽管应用的开展还在初期发展阶段，但前景**光明（图3）。[7]

图3. 共价键概念的提出和发展年表。

他们利用硼酸键的平面延展性和可逆性，合成了具有1.5纳米孔径的二维有序框架COF-1和2.7纳米孔径的二维有序框架COF-5（图4A和B）。此外这个材料也是晶态的，通过粉末衍射谱图可以模拟出它们的晶体结构模型（COF-5，图4D），同时它的气体吸附性能也跟之前的MOF有可比性（图4E）。

图4. COF-5的合成及结构表征。（A）COF-5的原料和合成路线；（B）COF-5的示意结构；（C）COF-5的粉末衍射和扫描电镜图；（D）COF-5的模拟晶体结构；（E）COF-5的氮气吸附曲线。

COF领域的发展很迅速。连接单元（Linkage），从B-O键，又拓展到C=N双键（亚胺）、C-N单键、C=C双键（烯）和B=N键等，连接单体（Linker）也发展出平面到立体的多方向延展性（图5）。对于所得到的COF结构，在前期设计和后续改性拓展，可以引入特殊的性能。

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小编zhn2021.09.18