2篇Science，蘭州大學王為、北大孫俊良和Yaghi共譜新篇章！

　　作為一種一種晶態共價有機框架化合物，COF自問世以來就備受關注。由于其精確結構、多孔特征以及限域空間等特點，COFs在氣體吸附、催化、傳感、儲能等領域表現出廣泛的應用前景。

　　2018年7月6日凌晨，最新一期Science背靠背在線發表了2篇COF相關研究。一篇是由美國西北大學WilliamR. Dichtel課題組發表，報道了一種晶種生長微米級單晶二維COFs的新策略。這篇文章之前曾提前發布，詳細解讀請參見納米人之前報道：二維COFs最新Science，教你玩轉晶種生長法！（點擊紅色標題查看）

　　另一篇是則是由蘭州大學王為教授、北京大學孫俊良教授以及加州大學伯克利分校Omar M. Yaghi教授合作發表的關于單晶COF控制生長和單晶結構解析的重大研究成果，Science同期專門撰寫評論文章對此進行報道。這也是我們今天要重點介紹的內容。

　　第一作者：Tianqiong Ma, Eugene A. Kapustin

　　通訊作者：Wei Wang, Junliang Sun, Omar M. Yaghi

　　通訊單位：蘭州大學、北京大學、加州大學伯克利分校

　　研究亮點：

　　1.利用強亞胺鍵控制合成大尺寸單晶COF。

　　2.獲得了COF單晶XRD數據，實現了原子尺度精確結構解析。

　　要想加深對COF的進一步了解，從而進一步優化并最終實現應用，必須追本溯源，弄清楚其構效關系。而精確解析COF的結構，則存在很大的困難，一般是基于理論模擬或者粉末XRD和電子衍射數據。這主要是是因為，常規合成方法得到的COF往往是粉末狀或無定形結構，即便有單晶COF出現，尺寸也較小。至今還沒有一例單晶COF適合于使用單晶XRD進行精確表征。

　　和粉末XRD數據相比，獲取COF單晶XRD數據的必要性在于：

　　1）通過粉末XRD數據很難實現COF的結構模擬。

　　2）原子位置和形貌參數（鍵長或鍵角等）難以獲得。

　　3）相互貫通的框架和被隱藏的無序導致結構異常復雜。

　　4）客體分子在孔道內排列不得而知。

　　因此，合成單晶COF并對其進行單晶結構解析，是擺在COF領域發展道路上的一大重要障礙。

　　有鑒于此，蘭州大學王為教授、北京大學孫俊良教授以及加州大學伯克利分校Omar M. Yaghi教授合作，報道了一種利用強亞胺鍵控制合成大尺寸單晶COFs的新策略，并對單晶COFs結構進行了深入解析。

　　研究人員發現，在合成體系中加入苯胺可以有效抑制成核，減慢反應速度，從而控制生長得到大尺寸單晶COF。同時，通過調節苯胺的量，可以有效控制單晶COF的尺寸大小。基于強的亞胺鍵作用，研究人員發明了一套普適性的控制合成了大尺寸單晶COFs的新策略，合成的COFs包括COF-300,COF-303, LZU-79和 LZU-111等等。

　　高品質的晶體使得單晶XRD衍射數據可以達到0.083 nm的分辨率。研究人員在原子尺度上對各種COFs相互貫通程度、水分子排列取向、亞胺關聯性、配體無序度以及不尋常的拓撲結構等特性的表征，實現了對COFs結構的精確解析。如果沒有合成單晶，是無法實現如此精確的結構解析的。

　　圖1. 苯胺控制合成基于亞胺的大尺寸單晶COF

　　圖2. COF-300及含有客體水分子的COF-300的單晶XRD數據

　　圖3. COF-303和LZU-79的單晶XRD數據

　　圖4. 手性LZU-111的單晶XRD數據及相關表征

　　總之，這項研究為大尺寸單晶COF的合成開辟了新的道路，并為原子尺度的COF結構解析指明了方向。

參考文獻：

1.Tianqiong Ma, Eugene A. Kapustin, Wei Wang, Junliang Sun, Omar M. Yaghi et al. Single-crystalx-ray diffraction structures of covalent organic frameworks. Science 2018, 361,48-52.

2.Jorge A. R. Navarro. The dynamic art of growing COF crystals. Science 2018,361, 35.