新闻网讯（通讯员化苑）近日，《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）发表化学与分子科学学院教授汪成团队的最新研究成果，该研究系统调控了三维共价有机框架（COF）的互穿程度，并揭示了三维COF中的顺式亚胺键构型及其可逆顺反异构现象。论文题为“Interpenetration Control in Three-dimensional Covalent Organic Frameworks: Architectural Modulation andcis-Imine Configuration”（《三维共价有机框架中的互穿控制：结构调控与顺式亚胺构型》），武汉大学2026届博士毕业生叶子秋与北京大学博士研究生杜泓霖为论文共同第一作者，汪成与北京大学教授孙俊良为共同通讯作者。
共价有机框架（COF）是一类由有机构筑单元通过共价键连接而成的二维或三维晶态多孔材料。其中，三维COF因具有高比表面积、贯穿孔道和开放位点等优势，在气体吸附与分离、催化、传感等领域应用前景广阔。然而，三维COF的固有自由体积使其在结晶过程中容易出现互穿现象，这种内在的结构限制对三维COF的孔结构、框架柔性及最终的功能有着深远影响。因此，实现互穿程度的精准调控并建立清晰的构效关系对理性设计三维COF至关重要。
根据网状化学原理，三维COF的拓扑结构由构筑单元的几何构型与连接性决定，进而影响框架的空间填充与互穿方式。引入大体积取代基理论上可调控互穿，但实际合成中位阻基团的引入增加结晶与结构解析难度，目前互穿可控体系匮乏。基于前期研究基础，本文在几何形状相同的构筑单元上引入不同体积的取代基（-OMe、-OEt、-OiPr），成功构筑了具有五重、四重到二重互穿pts拓扑结构的三维COF。精确结构显示，二重互穿三维COF存在部分顺式构型亚胺键，在外界刺激下发生可逆的顺反异构，展现出显著的动态性质，晶胞体积发生约220%的膨胀。该研究表明互穿可以作为调控三维COF结构和动态性质的设计参数，为开发具有特定功能的框架材料提供了新思路。
该工作得到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金及学校科研公共服务条件平台的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/jacsat/article/doi/10.1021/jacs.6c08384
