共价有机框架(COFs)是一类新兴的晶态多孔材料,具有大比表面积,规整的孔道,易于调控的结构,超低密度以及高热稳定性和化学稳定性等优点,这类材料在气体吸附和分离,异相催化,储能材料,生物载药,光电子学及传感等等重要的领域中均有着潜在的应用前景。此外,COFs由于其丰富的孔道化学,是一类非常理想的构筑刺激响应性智能材料的载体。近年来,研究人员陆续开发和构筑了一些光响应的COFs材料,主要通过在COF的骨架或孔道中引入偶氮苯衍生物,利用偶氮苯分子的光响应特点对COF的行为进行调控。虽然此类光响应COF材料已经取得了一定的进展,但仍然存在着如下的局限性:(1)目前所报道的例子多采用紫外光进行刺激,而紫外光照射对材料有损伤且紫外光的穿透能力有限,这造成光调控效果不佳,同时也限制了其在生物医药等领域中的应用;(2)偶氮苯衍生物修饰后的单体由于其空间位阻、溶解性和化学稳定性等因素会影响COFs的形成,最终所构筑的偶氮苯COFs均存在结晶性差,比表面积和孔体积非常小等缺点,在很大程度上限制了光响应COF材料的实际应用;(3)目前已报道的偶氮苯COFs中的偶氮苯顺式构型难以稳定存在,在加热情况下非常容易恢复到反式构型,热稳定性能差。因此,发展一类具有优异结晶性、高比表面积和孔体积,且对可见光响应的智能COF材料具有非常重要的意义和挑战性!
针对以上挑战性和局限性,近日新加坡国立大学的江东林教授团队开发了一类可见光响应的智能COF材料:在共价有机框架TPB-DMTP-COF的孔道中引入可见光响应的四氟偶氮苯功能团,合成了系列具有可见光刺激响应的共价有机框架材料 [4F-Azo]X-TPB-DMTP-COFs(X = 0.17, 0.34, 0.50, 0.67, 1.0)。在可见光(560 nm和420 nm)作用下,孔道中的四氟偶氮苯会发生可逆的顺⁃反异构变化,来精确调控COFs的孔道大小、比表面积、孔体积和微环境,以及对客体分子CO2的可逆吸附与释放。
Yu Feng, Guangtong Wang, Ruoyang Liu, Xingyao Ye, Shanshan Tao, Matthew A. Addicoat, Zhongping Li, Qiuhong Jiang, and Donglin Jiang*
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202400009