苏宝连/贲腾/陈丽华AM:结晶有机多孔盐,从微孔到等级孔

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▲第一作者和单位:余申,武汉理工大学;邢国龙,吉林大学

通讯作者:陈丽华;贲腾;苏宝连
DOI:10.1002/adma.202003270

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背景介绍



研究目标



本文亮点



图文解析


▲图1. 结晶有机多孔盐中有机酸、碱的成键形式

结晶有机多孔盐材料是由有机酸、碱通过电荷辅助氢键构成(图1)的空间有机多孔网络结构。这种电荷辅助氢键(盐桥)允许有机酸、碱通过特定的方向连接,形成多种空间构型,包括六边形、五边形和三角形等多种形式。特殊的成键类型赋予了结晶有机多孔盐较强的稳定性,能够应用在负线性压缩等应用领域。独特的结构赋予了结晶有机多孔盐有序的微孔结构和极化的孔道属性,被广泛应用于质子传导和客体分子运输。

▲图2. 结晶有机盐的分类


▲图3. 本文提出的合成等级孔结晶有机多孔盐的硬模板法的具体实施步骤

原位模板法分为硬模板法和软模板法。硬模板法通过硬模板与CPOSs前驱体的混合和组装、原位晶化、硬模板的去除,来实现大孔结构。硬模板法中存在的关键问题在于:组装过程中硬模板表面与结晶有机多孔盐前驱体之间的相互作用的调控。本文提出可以通过对传统硬模板的表面进行修饰实现硬模板与结晶有机多孔盐前驱体之间相互作用的协同(图3)。

▲图4. 本文提出的合成等级孔结晶有机多孔盐的软模板法的具体实施步骤


▲图5. 展望图

最后,作者总结了目前结晶有机多孔盐的合成策略、孔道结构和应用领域,并对等级孔结晶有机多孔盐的制备、挑战和应用做出了展望(图5)。

心得与展望


结晶有机多孔盐作为一种新兴材料,鲜有被报道。其独特的孔道结构和孔道极性被广泛应用在质子传导和极性物质运输等多方面。本文首次详细且深入的综述了结晶有机多孔盐的定义分类、合成方法、孔道结构和应用领域,对结晶有机多孔盐材料的发展具有重要的促进作用。并且,本文首次提出将等级孔结构引入到传统的微孔结晶有机多孔盐中,来解决微孔结构传输扩散性能的不足。本文进一步提供了有前景的合成等级孔结晶有机多孔盐的方法,并对这些方法和潜在的挑战分别做了具体的说明和阐述。本文对于新型结晶有机多孔盐材料的合成、结构、应用和发展有着重要的指导和促进作用。

作者介绍


陈丽华研究员,武汉理工大学研究员,研究领域为“新型等级孔多孔材料的设计”。长期致力于等级孔功能材料的设计合成及其能源环境催化应用研究。在等级孔结构设计新策略、孔道结构的精细调控及理论设计、以及在能源存储及转化功能应用等方面取得了系统性的创新成果。在Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Matter、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊杂志发表学术论文60余篇,h-index为23,他引次数2572次,他引过百次论文4篇,撰写专著章节6章,授权发明专利43项。2014年获湖北省高层次人才计划,2017年入选武汉理工大学15551工程“青年拔尖人才”计划,2017年获第一届“中国分子筛新秀奖”,2018年获批湖北省杰出青年基金,2019年获湖北省自然科学一等奖(第四完成人)。
  
贲腾教授, 吉林大学教授,研究领域为“有机多孔材料在气体存贮和分离应用中主客体之间的相互作用”。长期从事多孔有机材料的设计合成与功能研究,从计算机辅助分子设计开始,关注多孔有机材料的结构设计与功能性,尤其是结构构筑基元与多孔材料的构效关系和多孔有机材料的制备方法学,合成了一系列功能型多孔有机材料。2017 年研究成果“多孔有机骨架材料及其衍生物的制备和性能研究”获得了吉林省自然科学一等奖(第二完成人)。作为负责人先后承担了国家973计划子课题,国家自然科学基金面上基金,吉林省国际合作项目等科研项目,参与了国家自然科学基金委重大项目和重大研究计划重点项目。
作为第一/通讯作者,在包括Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Chem. Sci. 等知名期刊发表论文50余篇(单篇他引最高Google citation: 1000+),研究工作被Nature Nanotechnology, Chemistry World, Chemistry Views, The Times 等杂志媒体专门报道或亮点评述。
 
苏宝连教授,欧洲科学院院士,比利时皇家科学院院士,英国皇家化学会会士;剑桥大学克莱尔-霍尔学院终生成员;武汉理工大学战略科学家。1992年获中国石化发明奖一等奖,1994年获中国优秀专利奖,2007年获比利时皇家科学院Adolphe Wetrems奖,2011年获世界化学最高组织国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)新材料与合成杰出贡献奖,2012年获得比利时联邦“Francqui Chair”奖,2019年获中国政府友谊奖,2019年湖北省自然科学一等奖(第一完成人),2020年获国际胶体与界面瓦申(Darsh Wasan)杰出贡献奖。
研究领域为“等级孔材料设计理论及在能源转化,催化,光催化,光合作用及人造器官等领域的应用”。揭示了生命系统等级规律的普适性及生命系统进化所遵循的等级规律,利用所揭示的等级定律设计合成了新型等级结构纳米孔材料,这些纳米材料在光催化,气体传感和锂离子电池领域展现前所未有的性能;以“等级孔材料”为基础提出了“等级催化”的概念,并将其应用在石油炼制和石油化工等领域;发现了固体无生命体分子筛体系中也存在生命体系中的“分子识别效应”;提出生命复合材料新概念,在人造树叶、光合作用反应器、生物发电器、人造器官等方面的研究为解决能源短缺和降低环境污染提供理论基础。在国际著名杂志发表SCI科学论文500余篇,授权发明专利60余项,出版等级孔领域专著一部,合著3部,SCI他引超过18000次,H指数(H index)73。现担任National Science Review编委及材料领域编辑。

研之成理


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