共价有机框架(Covalent organic frameworks, COFs)是一类通过有机构建块可逆共价键连的具有永久孔隙度的晶态多孔材料，归因于定义良好、可调节以及有序的孔径分布，他们已经在气体储存、催化、吸附分离和能量储存等多种应用中引起了研究者们的广泛兴趣。然而，单微孔COFs中官能团的可及性有限，阻碍了其广泛应用。为了获得具有额外孔隙的COFs，目前已开发的策略包括“Ostwald”熟化工艺、3D打印、一步法以及气凝胶制备等，但是这些方法都难以构建有序的额外孔隙。硬模板法以及基于单体设计的方法虽然可以实现额外有序孔隙的构建，但是大孔隙以及单体合成的困难限制了这两种方法的广泛使用。因此，开发更简单和通用的方法来制备有序层次多孔COFs仍然是一个极大的挑战。
为了解决这一问题，马利建团队首次将软模板法引入COF化学，利用水作为溶剂分散离子表面活性剂作为胶束软模板，随后为了避免模板因结晶驱动力强而被排出COF生长域，采用离子键将软模板和COF骨架链接，最后通过简单的离子交换法在实现模板去除的同时保留了有序层次微孔/介孔COFs的高结晶度。有序层次微孔/介孔COFs（命名为OHMMCOFs）在进行离子交换吸附U（VI）和Th（IV）实验中表现出明显增强的动力学吸附能力，5 分钟内对U（VI）和Th（IV）的吸附速率可分别相较于母体微孔COFs增高至19.3 倍和 4.6 倍。此外，他们发现通过调节模板浓度可以实现材料微孔/介孔比例的调节。并且除了可以通过改变不同链长表面活性剂调节介孔孔径外，在同一合成系统中添加不同比例的不同链长表面活性剂也可以调控介孔尺寸，这进一步简化了获取额外层次介孔的流程。最后，他们使用相同的策略构建了有序层次微孔/介孔阳离子胍基COFs，进一步证明了策略的普适性。
该工作以“Constructing ordered and tunable extrinsic porosity in covalent organic frameworks via water-mediated soft-template strategy”的论文发表在最新一期《Nature Communications》上。bevictor伟德为第一单位，第一作者为bevictor伟德2021级博士研究生何宁宁，通讯作者为马利建教授和李阳副研究员。衷心感谢国家自然科学基金委和伟德bevictor中文版的经费支持，同时感谢公司分析测试中心以及公司化学专业实验室综合训练平台在材料表征方面的大力支持。
图1 有序层次微孔/介孔脱模板前预产物OHMMCOF-DTAB/OHMMCOF-OTAB的合成.
图2 有序层次微孔介孔OHMMCOF-1/OHMMCOF-2对U(VI)/Th(IV)的吸附
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48160-0
