共价有机骨架材料与二维高分子前沿研究进展

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1、330中国科学基金年学科进展共价有机骨架材料与二维高分子前沿研究进展刘晓明郭佳冯霄董建华，长春复旦大学高分子系吉林大学化学院，上海北京理工大学化学院，北京国家自然科学基金委员会化学科学部，北京摘要共价有机骨架材料是由有机结构单元通过共价键形成永久微孔介孔结构的一类新型高分子，是分子多孔材料家族中的新成员。二维高分子是通过单元的几何构型控制使分子在二维平面“内增长，具有理想的拓扑学分子可设计性。本文是国家自然科学基金委员会第期双清论”坛学术综述，文中着重分析了共价有机骨架材料与二维高分子研究领域的国际研究现状、前沿热点问题与发展趋势—；探讨了该领域亟待关注和解

2、决的关键科学问题提出了今后年的基金委；拟重点资助的研究方向。关键词双清论坛，共价有机骨架材料，二维高分子在众多新兴分子材料中一，多孔骨架材料是类共价键连接而成的共价有机骨架材料应运而生，并由开放的孔洞所构成的骨架结构材料，由于在气体以其大的比表面积、低的骨架密度、可控的物理化学贮存、分离、催化、传感、光电以及生物医药等众多领性质、易功能化以及合成策略多样化等优点，在短短域的优异性能引起了人们广泛的关注。经过几十的十年中得到了蓬勃的发展。这类材料最重要的年的工业应用，由晶态的硅酸盐或硅铝酸盐构成的特点是结合了分子（高分子）和超分子的优势，有望无机分子筛材料已成

3、为多孔材料的典型代表，年产实现材料功能与分子本身结构和三维空间上排列的量巳达到数百万吨的市场规模，。在石油化工、精细高度相关和可调控从而为材料科学带来革命性化工以及日用化工领域中发挥着不可替代的巨大作变化。用。然而这些无机分子筛材料有着其自身的不足之共价有机骨架材料（处一，譬如结构可控性差、难以进行特殊的功能化等缺和二维高分子是个具有重大应用点极大地限制了这类无机材料在石油加工工业、水前景的前沿基础研究领域。然而，目前国内在该领质软化纯化一、催化材料、离子交换载体等方面的应域的研究仍缺乏统的顶层设计思路，这对我国在用。近二十年来，以无机有机杂化物质为主体的该

4、领域的健康快速的发展带来了极大的局限性，并一领域向化学工业有序多孔金属有机骨架材料逐渐兴起。其特点是具减缓了这、能源、环境、节能减排有大的比表面积、可调的物理化学性质、容易进行功等重大社会需求转化的前进步伐。能化，在非线性光学、磁性材料、超导材料和储氢材国家自然科学基金委员会于年月料等新领域具有潜在的应用前景一。但是，该类日日在苏州召开了第期双清论坛，主题为“”材料通常由配位键连接而成，结构相对脆弱，对酸、共价有机骨架材料与二维高分子前沿研究。本次碱、空气、水等媒介极为敏感；在脱除孔道中的客体论坛由基金委化学科学部、工程与材料科学部与政分子的过程中易发生骨架

5、的坍塌，导致有序结构的策局联合主办来自国内外个单，苏州大学承办，一缺点促使人们开始寻找结构稳定的新型位的多名专家学者参加了论坛丧失。这，会议主席是清华多孔材料。在这样的背景下，完全由有机物质通过大学张希院士、中国科学院化学研究所苏州大学李“”本文内容根据第期双清论坛讨论内容整理。：本文于年月日收到。第期刘晓明等：共价有机骨架材料与二维高分子前沿研究进展永舫院士和日本分子科学研究所江东林教授。本次子材料可以分为无定型有机骨架材料、结晶性有机论坛汇集了高分子化学、理论计算、有机合成、催化骨架材料以及少层或单层二维高分子材料。这三类和吸附等相关领域的多学科专家，探

6、讨了共价有机材料所采用的有机合成反应类型以及制备方法各不骨架材料和二维高分子的基础理论与应用前景，在相同。新型骨架材料的设计与合成、结构控制与基本物理无定型有机骨架材料可以通过金属催化的化学性质研究、以及在能源、环境等应用等重要研究偶联反应、偶联反应和偶联“方向上，围绕共价有机骨架材料与二维高分子前沿反应等偶联反应来合成。这类反应普遍利用贵”研究，对该领域的研究进展和前景展开了广泛深入金属作为催化剂、由动力学控制，表现出反应速度的研讨。分析了共价有机骨架材料与二维高分子研快、反应过程不可逆等特征。这些特征决定了此类究领域的国际研究现状、前沿热点问题与发展趋势

7、，材料具有较低的长程有序性但高效的转化反应有并结合我国在该领域的研究基础和优势方向，分析利于制备出兼具微孔、介孔乃至大孔的多孔材料。一一并凝练出该领域亟待关注和解决的关键科学问题，由偶联反应的强键联接而成的这类共价骨—研讨并提出今后年的拟重点资助方向及如何架材料具有高的热稳定性以及化学稳定性，可耐湿开展该领域的前沿和交叉研究的策略，。气、耐酸碱腐烛，为材料的后修饰奠定了结构基础“”“会议分为二维高分子的合成及应用、共价有同时为工业化应用提供了结构保障。长程有序的结”“机骨架材料研究进展、微孔高分子材料制备及应晶性共价有机骨架材料可以通过由热力学控制的可”用等

8、议题。以下分别就这个领域进行概述和逆反应来合成，在反