网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

北京理工大学冯霄教授《JACS》:具有创纪录孔径的共价有机骨架!孔径值高达10.0 nm

0
分享至

为了追求多孔结构的多样性和原子精度的良好控制,晶体多孔材料如金属−有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)得到了爆炸式发展。这些材料中孔隙的物理和化学特征决定了可以进入、相互作用和通过的物质的种类,其中孔隙孔径主要决定了尺寸和形状的选择性。COFs是由有机结构单元通过共价键合构建的,具有可定制的长程有序骨架、高结晶度和高孔隙率。不仅如此,COFs还具有明确且易于调节的孔通道,允许具有不同极性和尺寸的目标分子的传质,这使得其在气体存储和分离、多相催化,光电子学以及能量存储和转换等领域展现出巨大的应用潜力。然而,由于易于形成互穿和/或易碎结构,金属-有机框架中报道的最大孔径为 8.5 nm,而共价有机框架(COF)的值仅为5.8 nm,这极大地限制了COFs在包含和/或分离大有机、无机和生物分子方面的应用。

鉴于此,北京理工大学冯霄教授课题组通过设计具有大构象刚性、平面性和合适局部极性的构建块,制备了一系列孔径值高达7.7 nm到10.0 nm的COF(TDCOF-1、TDCOF-2和TDCOF-3)。这些COF在已报道的MOF和通过自下而上方法合成的COF中具有最大的孔径。三种COF都表现出高结晶度、永久孔隙率、高热稳定性和水稳定性。此外,大孔径和坚固性赋予TDCOFs封装肌红蛋白、酸性条件下分离胃蛋白酶和负载TYR以催化扑热息痛氧化反应的能力。这项研究不仅为提高COF孔径上限提供了理论指导,而且还为生物应用提供了广阔的前景。相关工作以“Covalent Organic Frameworks with Record Pore Apertures”为题发表在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上。

COF的合成与性能表征

TDCOF-1、TDCOF-2和TDCOF-3分别通过酰胺嵌段(TBA-NH 2)与DMBD-CHO、BD-CHO和BDMBD-CHO在溶剂热条件下的共缩合合成(图1)。这些TDCOF都是亚胺连接的六角介孔COF,并具有高达500°C的热稳定性。傅里叶变换红外表明TDCOFs具有很高的聚合度。TDCOF的结晶度通过小角X射线散射 (SAXS) 测量来表征(图2)。TDCOF-1和TDCOF-2放大的SAXS模式与模拟的重叠结构模式非常吻合,可以再现实验峰的位置和强度。TDCOF-3周期性相对较低,这是由于难以结晶而获得如此大的介孔COF。此外,在77 K下进行氮吸附等温线测量研究了TDCOF的孔隙率,所有的TDCOF都表现出典型的IV型等温线,在第二步时相对压力的起点值很高,表明它们具有相对较大的中孔(图3)。排列良好的六边形中孔可以通过HRTEM直接可视化,特别是对于TDCOF-1和TDCOF-2。由于TDCOF-3具有较低的结晶度以及对高能电子的较低耐受性,其孔相对不均匀。

图1 COF合成路线和相应透视图

图2 TDCOF的小角X射线散射表征

图3 COF的氮吸附等温线、孔径分布曲线和HRTEM图像

受控实验和理论能量计算

为了阐明三嗪、炔基和结构单元的不对称邻二甲氧基在构建周期性大中孔框架中的作用,作者首先利用TADPB-NH 2与DMBD-CHO和BDMBD-CHO反应获得低BET表面积和宽孔径分布的产物。然后,基于网状化学构建了TDCOFs(表示为TDCOF-1-A、TDCOF-1-S、TDCOF-2、TDCOF-3-A和TDCOF-3-S)和AA堆叠模式下的TDpolymers(表示为TDpolymer-1-A、TDpolymer-2、TDpolymer-3-A、TDpolymer-4 和TDpolymer-5-A),如图4所示。结果表明,在相似孔径的晶体单元模型中,具有交替排列的甲氧基的COF显示出最低的非键能。与苯环相比三嗪环在相邻层之间具有较小的空间位阻。此外,具有sp杂化C原子的炔基物质有利于增加平面度并降低构建单元的空间位阻。

图4 TDCOFs和TDpolymers合成示意图

TDCOF的分离、负载及催化应用

作者将TDCOF用作柱填充材料,用于分离PBS溶液(pH = 5)中商业购买的粗制胃蛋白酶(图5)。经TDCOF分离后,可得到分子量为35 kDa 的几乎纯的胃蛋白酶。作为对照实验,使用具有3.1 nm孔径的TAPT-DHPA-COF进行胃蛋白酶分离,只能在洗脱液中发现低分子量组分。推测胃蛋白酶分子被困在TAPT-DHPA-COF的表面孔隙中。此外,为了进一步证明大孔孔径的重要性,作者利用TDCOF-1作为载体负载酪氨酸酶 (TYR) (5.5×5.5×5.6 nm 3 ) 以催化对乙酰氨基酚的氧化反应(图6)。结果表明,TYR@TDCOF-1显示出与游离TYR几乎相等的催化活性。大的介孔COF不仅可以有效地负载酶,而且还能在严苛的条件下起到保护酶的作用,避免酶失活。

图5 TDCOF的胃蛋白酶分离

图6 DCOF-1负载TYR催化APAP氧化

小结:作者设计了具有大构象刚性、平面性和合适的局部极性的构建块,构建了一系列具有7.7到10.0 nm的孔孔径值的COF。所有获得的COFs都具有重叠的堆叠结构、高结晶度、永久孔隙率和高稳定性。大孔径和坚固性赋予这些TDCOFs封装肌红蛋白、在酸性条件下分离胃蛋白酶和负载TYR以催化扑热息痛氧化反应的能力。

--纤维素--

--帮测科技--

来源:高分子科学前沿

声明:仅代表作者个人观点,作者水平有限,如有不科学之处,请在下方留言指正!

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
油价调整通知:受国际油价大跌的影响,汽柴油价格将会重新下跌0.11元/升-0.14元/升

油价调整通知:受国际油价大跌的影响,汽柴油价格将会重新下跌0.11元/升-0.14元/升

台州交通广播
2026-09-29 07:40:02
月薪8万?!被全网销号一年后,争议网红「户晨风」开始找工作了

月薪8万?!被全网销号一年后,争议网红「户晨风」开始找工作了

雷科技
2026-09-30 12:10:36
俄军费飙到2020亿美元,比原计划暴涨27%,普京把国库掏空了

俄军费飙到2020亿美元,比原计划暴涨27%,普京把国库掏空了

止戈军是我
2026-09-30 08:35:03
余文乐宣布离婚

余文乐宣布离婚

扬子晚报
2026-07-20 14:21:04
就这一个机场喝奶的画面,火到夺冠,金典这波流量接得真够聪明

就这一个机场喝奶的画面,火到夺冠,金典这波流量接得真够聪明

喜欢历史的阿繁
2026-10-01 00:39:55
西媒:梅西在荣誉顶峰告别国家队!C罗却赖着不走 像闹脾气的孩子

西媒:梅西在荣誉顶峰告别国家队!C罗却赖着不走 像闹脾气的孩子

念洲
2026-10-01 09:10:27
国足官方:张琳艳右膝前交叉韧带断裂,已于9月28日顺利手术

国足官方:张琳艳右膝前交叉韧带断裂,已于9月28日顺利手术

懂球帝
2026-10-01 12:27:06
悉尼妹全裸出镜!这部未删减影片,太生猛了

悉尼妹全裸出镜!这部未删减影片,太生猛了

来看美剧
2026-09-30 21:19:17
好奇查了一下陈妤颉的父亲,不查不知道,一查挺意外

好奇查了一下陈妤颉的父亲,不查不知道,一查挺意外

李博世财经
2026-10-01 09:35:29
高市早苗会晤蒙古国总理乌其尔勒,被日本网友批评在举杯时嬉皮笑脸、粗俗失礼

高市早苗会晤蒙古国总理乌其尔勒,被日本网友批评在举杯时嬉皮笑脸、粗俗失礼

扬子晚报
2026-09-30 12:50:53
据史料记载,抗美援朝时期,中国和朝鲜双方都禁止解放军与朝鲜妇女通婚。

据史料记载,抗美援朝时期,中国和朝鲜双方都禁止解放军与朝鲜妇女通婚。

回京历史梦
2026-10-01 06:35:14
内马尔点赞C罗退队声明!球迷称葡萄牙不配拥有C罗 C罗大姐转发

内马尔点赞C罗退队声明!球迷称葡萄牙不配拥有C罗 C罗大姐转发

风过乡
2026-10-01 06:25:26
三上悠亚被下封口令!认了经纪公司要求「不能公开」:怕女优比较

三上悠亚被下封口令!认了经纪公司要求「不能公开」:怕女优比较

孤独的独角兽影视
2026-10-01 10:10:15
“载以色列乘客,蓄意坠机!”,内塔尼亚胡还原迪拜航空客机安全事件

“载以色列乘客,蓄意坠机!”,内塔尼亚胡还原迪拜航空客机安全事件

澎湃新闻
2026-10-01 12:25:54
1955年,中央派人前往 朝鲜 挖毛岸英坟墓,可当大家刚开始挖,就突然跑过来一名妇女挡住了他们吼道:“这是我儿子的坟,你们不能迁走!”

1955年,中央派人前往 朝鲜 挖毛岸英坟墓,可当大家刚开始挖,就突然跑过来一名妇女挡住了他们吼道:“这是我儿子的坟,你们不能迁走!”

回京历史梦
2026-09-30 18:27:08
颈动脉斑块是怎么来的?如何让它消失?专家有3个建议

颈动脉斑块是怎么来的?如何让它消失?专家有3个建议

药师方健
2026-08-15 22:37:46
CBA速递,广东VIP套票1小时抢空,陈海涛点名周鹏,李楠提3点要求

CBA速递,广东VIP套票1小时抢空,陈海涛点名周鹏,李楠提3点要求

体坛小快灵
2026-10-01 11:27:54
刘国梁也没想到,当众贴脸开大的张继科,竟不给王楚钦留一丝体面

刘国梁也没想到,当众贴脸开大的张继科,竟不给王楚钦留一丝体面

大眼妹妹
2026-09-30 19:48:14
香港男星面部僵硬被指医美过度,曾与圈外女友订婚,婚事最终告吹

香港男星面部僵硬被指医美过度,曾与圈外女友订婚,婚事最终告吹

小武侃风云
2026-10-01 04:01:41
全网都在疯传国家给房奴贴息5万块。

全网都在疯传国家给房奴贴息5万块。

流苏晚晴
2026-09-30 13:39:15
2026-10-01 13:03:00
高分子科学前沿 incentive-icons
高分子科学前沿
高分子领域第一自媒体
16889文章数 66941关注度
往期回顾 全部

科技要闻

华为Mate90系列发布,售价5999元起

头条要闻

媒体:日本可能举办了"史上最差亚运会" 槽点实在太多

头条要闻

媒体:日本可能举办了"史上最差亚运会" 槽点实在太多

体育要闻

30天30队·火箭:乌度卡的控制欲

娱乐要闻

宋佳二封金鹰视后 内娱奖项史即将改写

财经要闻

智谱发上亿Token 能挽回开发者信任吗?

汽车要闻

燃油车的最佳平替 长城大狗HEV简单好开更经济

态度原创

房产
时尚
数码
手机
本地

房产要闻

4000+/平!华侨城,直接把海口楼市的地板给掀了!

裤子不用买太多花哨的类型,日常多穿牛仔裤,大方减龄又不出错

数码要闻

华为无线耳机累计发货量突破一亿台 FreeBuds Neo亮相

手机要闻

华为Mate 90 RS非凡大师发布:麒麟9050 Pro+双层OLED 12999元起

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

无障碍浏览 进入关怀版