二维COF材料研究新进展|新国大苏研院赵丹团队发表最新科研成果

近日，新加坡国立大学苏州研究院（以下简称“新国大苏研院”）能源与环境纳米科技创新平台首席研究员赵丹及其团队成员在国际学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）发表了最新研究成果。研究团队首次分析了二维共价有机框架（Two-Dimensional Covalent Organic Frameworks, 2D COFs）纳米通道中的毛细力，为理解2D COFs与液体的相互作用提供了见解，并突出了其潜在的应用前景。

研究背景

二维共价有机框架（2D COFs）是一类由共价键连接的结晶性多孔聚合物，具有可设计的纳米通道和可调控的功能，广泛应用于电化学能源、膜分离、水处理、催化等领域。当2D COFs处于液体环境中，纳米通道内会不可避免地产生毛细力。这种毛细力可能导致孔径、比表面积和晶体结构的变化，从而改变2D COFs的功能特性。因此，理解毛细作用力及其在2D COF纳米通道内的影响至关重要，但目前该领域的研究较为有限。

研究结果

研究团队以水吸附为模型，选取了三种具有相同骨架结构和孔径但侧基不同（-H、-OH和-OMe）的2D COFs探究其毛细作用力。通过实验表征与计算机模拟相结合，研究发现这些2D COFs中的毛细力范围均达32至86MPa，导致材料发生晶体结构畸变，其中两种2D COFs的高结晶结构转变为非晶态，而第三种虽保持结晶性却发生了晶相转变。这种差异归因于侧基的细微差别，不同的侧基会改变纳米通道表面的亲水性，进而影响材料的水凝结行为与毛细力大小。此外，不同侧基之间的层间相互作用力也影响了2D COFs的结构稳定性，进一步决定了材料抵抗毛细力能力的强弱。

▲水吸附过程中二维共价有机框架纳米通道内的毛细力研究

应用前景

该研究系统揭示了毛细力与2D COFs结构稳定性之间的内在关联，为2D COFs在液相催化、水吸附、分离膜等应用中的可靠性设计提供了理论支持。