东华大学廖耀祖/钱成团队Trends in Chemistry：异构共价有机框架的机遇与挑战

异构共价有机框架(Isomeric covalent organic frameworks, Iso-COFs) 是一类新兴的结晶多孔聚合物，它们具有相同的化学组成但框架结构各异。Iso-COFs因其可调的拓扑网络、可逆的结构转变和独特的理化性质而备受关注。近日，东华大学廖耀祖/钱成团队对Iso-COFs领域的最新研究进展进行了全面总结和梳理，相关文章以“Isomeric covalent organic frameworks: opportunities and challenges”为题发表在Cell Press旗下化学领域著名综述期刊《Trends in Chemistry》(影响因子14.0)上，并被选为正封面文章 (Front Cover)。该论文得到了东华大学化学与化工学院吴宏伟教授等的指导和帮助。

化合物具有相同的分子式但不同结构的现象被称为同分异构现象，该现象广泛存在于离子、团簇和聚合物等多个领域。由于结构上的变化，同分异构体在理化性质上通常表现出显著的差异。例如，它们的熔点、沸点、溶解度和密度等物理性质可能会有所不同。在化学性质方面，同分异构体与不同试剂反应时展现出各自独特的反应活性和选择性。这些差异使得同分异构现象在化学及材料科学等领域中具有重要的研究价值。与已较为成熟的有机分子异构研究相比，网状化学领域中的异构现象研究在近十年内才引起了科研人员的广泛关注。异构共价有机框架(Isomeric covalent organic frameworks, Iso-COFs)是一类具有相同化学组成但框架结构各异的晶态多孔聚合物。基于构筑基元在三维空间中的化学连接、取向以及位置的差异，Iso-COFs可进一步细分为三种类型：拓扑异构体、构造异构体和立体异构体。利用这种结构上的差异，人们能够精确调控COFs的多孔性、稳定性及其功能，从而赋予其在催化、传感、储能等领域巨大的应用潜力。目前，Iso-COFs的研究仍处于起步阶段，相关的理化性质、结构特征及潜在应用尚未得到充分探索。因此，该领域面临着合成策略的有限、表征技术不足以及形成机制不明确等关键挑战。例如，如何通过动态共价反应精确控制不同异构体形成路径？如何准确解析晶体内部原子的微观排列差别？如何充分发挥源自Iso-COFs本征结构的独特性能与功能？

基于上述背景，东华大学廖耀祖教授/钱成团队对Iso-COFs领域最新进展进行了系统总结。该论文从拓扑异构、结构异构和立体异构的分类入手，梳理了相关合成方法及先进表征技术的突破，并重点探讨了不同异构现象对COFs材料宏观性能的影响规律。最后，作者在文章提出展望，指出在未来需要通过动态共价化学与跨尺度表征技术深度融合，开发新的定向合成策略。同时，建立“结构—性质—功能”的定量关联模型，从而推动Iso-COFs从基础研究迈向智能材料应用的新阶段。

图文赏析

图1. 异构共价有机框架(Iso-COFs)代表性进展概述。图片来源：Trends in Chemistry

图2. 二维亚胺共价有机框架中的拓扑异构实例。图片来源：Trends in Chemistry

图3. 三维亚胺共价有机框架中的拓扑异构实例。图片来源：Trends in Chemistry

图4. 用于制备异构共价有机骨架的代表性化学模块。图片来源：Trends in Chemistry

图5.共价有机框架中的构造异构实例。图片来源：Trends in Chemistry

图6. 共价有机框架中的立体异构实例。图片来源：Trends in Chemistry

作者简介

第一作者信息

黄启航，2021级博士生。2021年本科毕业于扬州大学高分子材料与工程专业。研究方向为共价有机框架材料的精准构筑与光催化性能研究。

高强，副研究员，硕士生导师。2012年毕业于中国科学院大连化学物理研究所，获得理学博士学位（导师：李灿院士）；2012年至2018年先后在南洋理工大学、新加坡国立大学从事博士后研究；此后加入中国科学院上海高等研究院，任副研究员，2020年入选上海市“浦江人才计划”。研究领域为新型晶态多孔有机材料的创制、温室气体的吸附以及分离(二氧化碳、甲烷等)。先后主持或参与多项国家、中国科学院和上海市项目，已在Adv. Funct. Mater., Nat. Chem., Nat. Synth.,J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Chem. Mater.等期刊上发表论文43篇（总引 > 3100，H-index 25），申请中国专利5项(已授权2项)。

通讯作者信息

钱成，东华大学副研究员，硕士生导师。2018年博士毕业于湖南大学，2018-2021年赴新加坡南洋理工大学进行博士后研究，2021年入东华大学材料科学与工程学院/先进纤维材料国家重点实验室。主要从事共价有机框架材料的可控构筑及其催化性能的研究工作，主持国家自然科学青年基金等项目。迄今，以第一或通讯作者在Nat. Rev. Chem.、J. Am. Chem. Soc、Mater. Today、Adv. Funct. Mater.、Aggregate、Trends Chem.等国际期刊发表SCI论文17篇，相关研究工作多次被国内外知名同行专家在Chemical Reviews等国际核心期刊的综述文章中予以积极评述或以小节的方式特别介绍，参与编写教材《多孔材料化学》1章(排名第二)。入选上海市领军人才(海外)、上海市浦江人才计划和湖南省优秀博士学位论文等奖励。

廖耀祖，研究员、博导，现任东华大学先进纤维材料全国重点实验室、材料科学与工程学院执行院长，教育部“长江学者”特聘教授、国家重点研发计划项目首席科学家、上海市优秀学术带头人、上海市曙光学者、上海市浦江学者、德国洪堡学者、欧盟玛丽居里学者。主要从事功能纤维与有机多孔材料研究，在Nature Communications、Advanced Materials等期刊发表SCI论文100余篇。曾获上海青年科技英才、侯德榜化工科学技术奖青年奖、英国皇家化学会JMCA新锐科学家、爱思唯尔全球Top 2%科学家榜单、上海市五四青年奖章个人、国家级教学成果二等奖(2/15)、中国纺织工业联合会教学成果一等奖(1/13)、上海市教学成果特等奖(2/10)等奖项。主持承担科技部重点专项、国家自然科学基金(5项)以及华为企业合作课题等纵向横向重大科研项目20余项。兼任国务院学位委员会材料科学与工程学科评议组副秘书长，中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会秘书长、标准认证工作委员会委员、青年工作委员会委员，中国纺织工业联合会智能纤维技术与制品重点实验室副主任，Advanced Fiber Materials、Chinese Chemical Letters、中国材料进展、东华大学学报(自然科学版、英文版)等期刊( 顾问、青年)编委。

课题组网站：

https://www.x-mol.com/groups/liao_yaozu

论文信息：

Qihang Huang,# Qiang Gao,# Yuzhu Wang, Hongwei Wu, Cheng Qian,* and Yaozu Liao*, Isomeric covalent organic frameworks: opportunities and challenges. Trends Chem. 2025, DOI: 10.1016/j.trechm.2025.01.005

论文连接：

https://www.cell.com/trends/chemistry/abstract/S2589-5974(25)00004-8

来源：高分子科学前沿

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