Marcomolecular Rapid Communications: 一种基于芴的具有高荧光量子产率的晶态多孔有机框架

多孔有机框架是一种框架由C、H、O、N、B等轻元素构成并且由共价键连接的多孔有机聚合物材料。由于其超低密度、高比表面积和良好的稳定性以及可设计、可调控、可修饰的多孔性和功能性,多孔有机框架在气体储存和分离,化学传感,多相催化,药物输送,能量转换和存储等很多领域具有潜在的应用价值。

基于共价键的形成规律,想要获得高晶态的多孔有机框架通常并不容易。因此,多孔有机框架的结构需要通过结构模拟和粉末X射线衍射等表征相结合的方法来确定。理论上,具有D2h对称性的四节点基块(例如四苯基芘、四苯基乙烯、四硫富瓦烯等)与直线型的二节点基块结合可以形成六边形或菱形结构,这也是相关的大多数二维晶态多孔有机框架所报道的情况。将具有更低对称性C2v的二节点基块引入二维晶态多孔有机框架中,将大大提高多孔有机骨架的结构的多样性,也为高晶态材料的获得和结构确定增加了困难。

基于以上思想和研究现状,吉林大学孙福兴副教授和东北师范大学朱广山教授团队使用基于四苯基芘的四节点基块(D2h对称性)和基于芴(C2v对称性)的二节点基块通过亚胺缩合反应获得了二维多孔有机框架PAF-130。PXRD和TEM证明了PAF-130的高晶态。氮气吸附表明其具有规则的孔道结构,BET比表面积为1315 m2 g-1。通过模拟可能结构的PXRD谱图与实验谱图对比,发现Tetragonal-1与实验结果最为吻合。在Tetragonal-1中,每个芘基团垂直于其他四个相邻的芘基团。据我们所知,这种有趣的结构在二维多孔有机框架中是首次被发现。此外,由于芴基团的引入,PAF-130在乙腈中分散后具有高达29.5%的蓝色荧光绝对量子产率。基于其荧光性和多孔性,PAF-130可用作具有高灵敏度和高选择性的爆炸物TNP的荧光传感器。这项工作不仅提供了低对称性基块构建晶态多孔有机框架的罕见实例,而且提供了获得具有高荧光量子产率的结晶聚合物的新策略。

相关结果发表在Macromolecular Rapid Communications (DOI: 10.1002/marc.201900060)上并被选为发表当期的封面文章,文章第一作者为硕士生李佳文,文章链接为https://doi.org/10.1002/marc.201900060