近日，我校生命科学与化学化工学院青年教师矫文美博士在化学领域顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》（美国化学会志，最新影响因子15.6）上发表了题为“2D Covalent Organic Frameworks with cpt-defect topology Enabled by a Node-Splitting Strategy”的研究论文。
二维共价有机框架（2D COFs）是一类基于网状化学原理构建的晶态多孔材料，其拓扑结构通常源自阿基米德平铺理论，包括已被广泛报道的 hcb、sql、hxl，kgm，和kgd 等五种边缘传递网络（图1）。尽管通过网络扩展和节点角度调控可实现部分结构多样化，但在保持结晶性的前提下实现高密度、空间有序的功能位点布局仍是重大合成挑战。近年来，缺陷工程的引入使得亚化学计量构建成为可能，进而实现功能基团的有序嵌入。然而，为了维持框架的结构完整性，这些策略通常受到低缺陷密度（小于33%）的限制。本研究突破了这一限制，所提出的节点分裂策略不仅有效提升了缺陷密度，还维持了长程有序性。
图1 通过节点分裂策略实现cpt-defect拓扑2D COFs材料的网格合成
具体而言，作者设计合成了两个C3对称的六连接胺单体TAPB和BATD（图2），并与三种C2v对称的二连接醛单体HBB和DBA在溶剂热条件下通过[6+2]亚胺缩合反应构建了COF-35、COF-36和COF-37 三种高结晶度 cpt-defect COF材料。
图2 COF-35、COF-36 和 COF-37的合成路线和结构表征
作者进一步评估了其在Au3+ 离子回收方面的应用潜力。结果表明，COF-36展现出高达1725 mg g-1的Au3+吸附能力，性能远超大多数已报道的COF吸附剂，同时具备良好的选择性和稳定性。在模拟电子废液的混合金属离子溶液中，COF-36对Au3+的去除率超过99%，表现出优异的金属选择性。密度泛函理论（DFT）计算揭示这种高亲和力来源于纳米陷阱空腔与[AuCl4]-阴离子的几何匹配，能够形成多重稳定的氢键络合结构。该工作首次提出并验证了节点分裂作为调控COF拓扑与功能协同策略的可行性与普适性，为二维共价有机框架材料在精密分离与资源回收等高端应用领域的拓展提供了新路径。
图3 COF-35、COF-36和COF-37金离子（Au3+）回收性能及[AuCl4]-的优化吸附几何形状和相应吸附能
本论文通讯作者为江苏第二师范学院矫文美博士，浙江工业大学/宁波大学彭永武研究员和武汉大学龚成涛博士，特别值得一提的是，生命科学与化学化工学院21级化学（师范）专业本科生杨晶铭同学作为论文的第三作者在材料的性能研究方面做出了重要贡献，充分展现了我校在本科生科研能力培养方面的显著成效。
本研究成果的取得离不开学校完善的科研支撑体系和创新人才培养机制。生命科学与化学化工学院为本研究提供了先进的科研平台和重要保障，学校高度重视青年教师科研发展和本科生创新能力培养，积极鼓励青年教师组建跨院校科研团队，大力支持本科生早期介入高水平科研项目，这种开放协同的培养模式为高质量研究成果的持续产出奠定了坚实基础。
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c08143
论文题目：2D Covalent Organic Frameworks with cpt-defect topology Enabled by a Node-Splitting Strategy
作者：Jialiang Liu, Guangshan Zhou, Jingming Yang, Chengtao Gong,* Hao Wang, Wenmei Jiao,* Yongwu Peng*
