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1、邓鹤翔教授（武大邓鹤翔团队）
邓和祥教授(武大邓和祥团队)。
工作简报
分子尺度上COF的微观结构对其光学性能有重要影响。除了公认的有机官能团，本文还分析和揭示了三个关键结构因素(连接、取向和排列)对COF宏观光学性能的重要性。
工作说明
具有特殊性能的光学材料在我们的日常生活和工业生产中发挥着重要的作用。在经典聚合物中，可以通过调节分子连接(c)在一定程度上增强材料的光学性质，也可以通过调节小分子晶体中的分子取向(o)和排列(a)来改善材料的光学性质。COF材料结合了两者的优点，可以同时调控三个关键结构因素，即连接、取向和排列，使材料具有优异的光学性能(图1)。
本文以已报道的具有特殊光学性质的COF材料为基础，结合课题组的实验经验和COF结构的理论基础，对影响COF光学性质的三个重要结构因素进行了分析和归纳。目前，具有不同发光机制的小荧光分子，包括聚集诱导发光(AIE)分子和聚集荧光猝灭(ACQ)分子，可以用来合成具有特殊光学性质的COF。然而，这三个结构性因素的调控机制却大相径庭。因此，在这项工作中，我们讨论了如何通过用AIE和ACQ积木调节COF分子的连接、取向和排列来获得优异的光学性能。具体来说，对于AIE分子，需要控制COF的这三个结构因子来聚集AIE官能团，从而抑制分子内旋转，以减少非辐射损失，提高光学性能。例如，在3D COF中，AIE分子可以通过构建多个互穿结构进行聚集，而在2D COF中，AIE分子可以通过重叠层间堆叠、层内锁框、延伸共轭或共价环化进行聚集，从而使AIE COF具有优异的光学性质。对于ACQ分子来说，有必要控制这三个结构因素，以避免聚集引起的荧光猝灭。例如，ACQ分子通过COF的三维结构分散在三维框架中，以避免聚集。在二维结构中，充分利用层与层之间的堆垛层错、增加层间间距或调节电子分布等方法可以减弱ACQ效应，使ACQ COF具有优异的光学性质(图2)。
此外，这些光学COF材料在生物医学和智能材料等前沿领域具有潜在的应用价值。例如，不具有活性氧产生能力的小分子可以通过构建COF获得优异的活性氧产生能力，用于肿瘤治疗。光异构化小分子单元和柔性聚合物链段可用于构建具有光机械响应的COF薄膜，有望应用于人工肌肉材料。此外，刺激反应的化学键可以引入COF框架，通过光、电、磁、声、热等外界刺激可以实现其拓扑结构的可逆转变(图3)。
▲图1。影响光学COF性能的关键结构因素及其光学应用。(a)小分子在溶液中处于无序状态，其取向和排列无法调控。这些小分子共价连接形成结晶COF材料后，其连接、取向、排列等结构因素可被调控，从而实现优异的光学性能。(b)基于COF光吸收和光发射特性的各种光学应用。
▲图2。将AIE(A、B、C、D和e)或ACQ积木(F、G、H、I和j)引入COF框架，构造具有特定光学性质的cofs。基于AIE和ACQ分子不同的发光机理，我们讨论了如何控制分子的连接、取向和排列以获得优异的光学性质。
▲图3。COF在生物医学和智能材料方面的潜在应用。(a)不具有活性氧产生能力的单体可以被构建成二维COF，以获得具有优异活性氧产生能力的材料。(b)光异构化小分子单元和柔性聚合物链段可以构建具有光机械响应的COF薄膜，在光照或加热条件下实现面内结构转变。(3)将具有刺激响应的化学键引入COF框架，通过光照或加热实现其拓扑结构的可逆转变。
文章信息
张良，乐志毅，孙志军，邓和祥*，光学应用共价有机框架，总集2020，2006844。
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.24
研究小组链接:
邓和祥http://hdeng.whu.edu.cn/教授
课题组介绍
邓和祥现任武汉大学化学与分子科学学院教授、副院长，武汉大学高等研究院创始成员之一。2007年获得复旦大学学士学位，早期在赵东元院士课题组从事介孔材料研究。2011年，他获得了加州大学洛杉矶分校的化学博士学位。他的导师是奥马尔·亚吉教授，研究方向是晶体介孔材料MOF和COF的系统设计和合成。同年自费获得国家优秀留学生奖学金。2012年至2013年，他在加州大学伯克利分校和劳伦斯国家实验室(LBNL)担任博士后研究员。2013年初，以青年学术带头人身份加入武汉大学化学与分子科学学院，2020年获国家杰出青年基金。回国以来，我们设计合成了一系列具有自主知识产权的分子定制介孔晶体材料，并成功应用于具有能量、药物转运和生物大分子负载的的存储和转化，在《自然》、《科学》、《JACS》等国际顶级期刊上发表多篇论文。荣获中国分子筛协会颁发的首届“新秀奖”。
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《中国教育报》2021年12月29日第9版
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