二维共价有机框架结构（Covalent organicframeworks; COFs）是一种完全由有机结构单元构成的多孔晶体材料。均一的一维孔道结构和精确的结构设计特性是其区别于其他多孔材料的典型特征。构筑具有带电界面的多孔材料，有望调控界面与客体离子／分子之间的相互作用，从而影响客体分子／离子在多孔材料中的扩散行为，是一条实现多孔材料功能化利用的有效途径。原则上说，引入具有离子基团的结构单元可以实现离子型共价有机框架结构的轻松构建。然而离子型结构单元的间的电荷排斥作用将会损害共价有机框架结构中的层间π-π堆积，导致结晶性和多孔性下降。因此，保持高质量的结晶性和多孔性是构筑离子型共价有机框架结构必须解决的问题。日本北陆先端科学技术大学院大学江东林教授团队开发了构建高结晶性，大比表面积的离子型共价有机框架结构的有效方法。
该团队利用中性节点单元（PyTTA）和含有苯并咪唑阳离子的连接单元(BFBIm) 合成了一种亚胺连接的COF （PyTTA-BFBIm-iCOF），其中苯并咪唑阳离子有序分布在一维通道结构的壁面上。PyTTA-BFBIm-iCOF通过单层结构的反转堆积形成-相邻两层的苯并咪唑阳离子交替排列在孔壁两侧。这种排列方式削弱了层间的电荷排斥作用，保证了层间有效堆积，使该离子型COF具备良好的结晶性和多孔性。
▲ 具有阳离子（红色）基团交替排列堆积方式的离子性共价有机框架结构。
离子界面的引入不仅提高了该多孔材料的理化性质，而且赋予了常规中性COF不能实现的新功能。孔壁两侧有序排布的阳离子基团能够和CO2发生静电相互作用，有利于CO2吸附。CO2吸附测试显示，与未引入离子集团的中性COF相比该离子型COF的CO2吸附量提高了三倍。离子界面的引入赋予了该COF作为离子交换吸附剂的应用潜能，使其能够选择性的高效脱除水溶液中的阴离子污染物。
该研究显示，COF的结构可设计特征使其成为构建离子界面的有效工具，而离子界面的构建也为多孔材料的能设计提供了新的化学平台。
参考文献：Ionic Covalent Organic Frameworks: Design of Charged Interface Aligned on1D Channel Walls and Its Unusual Electric Functions， Huang N.＋, Wang P.＋， Addicoat M. A., Heine T., andJiang D., Angew.Chem., Int. Ed., 2017, 56, DOI: 10.1002/anie.201611542. [+], Theauthors contributed equally to this work.
文献链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/anie.201611542/abstract
来源：高分子科学前沿
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