近日，《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）在线发表澳门新葡平台网址8883官网邓鹤翔教授团队在共价有机框架（COF）领域的最新成果。该研究合成了一系列多孔二维COF（2D COF）单晶，通过单晶X射线衍射，首次以原子级精度揭示了多孔2D COF在溶剂中的层间堆叠模式，以及由AA到AB结构的分步演变过程。

该论文题为 “单晶X射线衍射揭示二维共价有机框架的结构演化”《Structure Evolution of 2D Covalent Organic Frameworks Unveiled by Single Crystal X-ray diffraction》。第一作者为澳门新葡平台网址8883官网的2021级硕士生易乐智，通讯作者为邓鹤翔教授。

COF作为一类由分子通过共价键构筑的新型晶态孔材料，在能源储存、气体分离、绿色催化、生物医药等方面有着广泛应用。由于共价键可逆性相对较弱，COF很难获得高质量的大尺寸单晶，其高精度结构表征极具挑战。近年来，三维COF（3D COF）的单晶生长接连取得突破，然而，在 COF种类中占绝大多数的2D COF则进展缓慢。与3D COF不同，2D COF的晶体不仅涉及层内的共价连接，还涉及到层间非共价堆叠，溶剂对结构的影响较大，其晶体结构极为复杂，原子级精确结构一直难以获得。

在此工作中，研究人员成功的实现了九种2D COF的高质量单晶生长，以Py-1P 为例，晶体尺寸最大达45 μm （图一）。通过“结构解析金标准”——单晶X射线衍射，研究人员获得了这些2D COF在常压溶液环境下的原子级精确结构，分辨率高达0.85埃，从而成功揭示了此前难以获得的2D COF层间堆叠模式，倾角，层间距，窗口尺寸等真实信息，为研究其动态演变行为提供了明确的结构支撑。研究发现，2D COF由AA堆叠分步向AB堆叠模式转变，其结构参数如倾斜角度、层间距等的变化是非线性的（图一）。AB堆叠的层错为晶格的1/14和1/20，拓展了人们对2D COF的认知。

图一. 2D COF单晶的框架结构图，对应方向的衍射花样，ORTEP图和光镜照片。

论文的合作者包括澳门新葡平台网址8883官网博士生高艺君，本科生罗舒茗、王天羽。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金的支持。澳门新葡平台网址8883官网科研公共服务平台、澳门新葡平台网址8883官网大型仪器共享平台、上海同步辐射光源（SSRF）、澳门新葡平台网址8883官网生命科学学院光学成像平台为此工作的开展提供了有力的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05705