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化工学院李志强课题组在氢键有机框架(HOF)聚合物杂化膜的构筑方面研究中取得新进展

HOFs由有机单元通过氢键相互作用组装而成新型有机晶体材料,其在气体分离和储存、催化、手性分离、质子传导、发光和生物医学等领域广阔应用前景。为了适应实际应用场景,将晶态HOFs加工成特定器件(如:薄膜、泡沫等)的需求在不断增长。聚合物具有优异的稳定性、良好的可加工性和机械性能,因此,将HOF与聚合物基质结合,构建HOF/聚合物杂化膜是一个很好的出路。与物理混合相比,共价交联形成的杂化膜更加稳定,然而,共价键形成所需的反应条件可能会导致框架坍塌甚至解体。因此,在不影响氢键给受体及其固有功能的共价连接形成的HOF/聚合物杂化膜是极具挑战性的。

近日,李志强课题组通过电荷辅助氢键制备含可聚合位点的HOFHOF-50),之后与单体共聚构筑了共价交联的HOF/聚合物杂化膜。该杂化膜不仅保留了HOF的结晶性,还可以通过改变聚合单体来调节杂化膜的亲疏水性、机械强度、透明度和柔韧性。另外,通过将镧系元素锚定在HOF-50上(HOF-50-Ln),不仅保持了镧系元素的特征发光颜色,并在苛刻的条件下表现出高灵敏度的温度传感行为近乎最佳可视化能力



作者将2, 5-双(烯丙氧基)对苯二甲酸和四(4-脒基苯基)甲烷通过电荷辅助氢键在水溶液中制备了HOF-50鉴于HOF-50中含有可聚合的烯丙基,选择甲基丙烯酸丁酯和丙烯酰胺分别作为代表性疏水和亲水单体通过光诱导原位共聚策略构筑HOF/聚合物杂化膜。在该薄膜中,聚合物含量高达98 wt%,机械强度主要取决于聚合物基质因此,可以通过改变聚合单体来调节HOF/聚合物杂化膜的机械性能,以满足不同的需求。通过光诱导HOF与聚合物单体原位共聚是制备具有可调机械性能的HOF/聚合物杂化膜的一种通用方法。

另外,考虑到HOF-50表面存在未形成氢键的游离羧基,作为功能展示,将镧系离子(Ln3+)锚定在HOF-50上与聚合物单体共聚制备了稀土功能化HOF/聚合物杂化膜。该薄膜具有高灵敏度的温度传感行为和近乎最佳可视化能力。

相关研究成果Orthogonal Postsynthetic Copolymerization of Hydrogen-Bonded Organic Frameworks into a PolyHOF Membrane为题发表在德国应用化学Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202400195上,河北工业大学为第一单位,论文的共同第一作者为河北工业大学博士后刘潇和福建师范大学叶应祥研究员,论文通讯作者为河北工业大学李志强教授和福建师范大学陈邦林教授。此研究工作得到国家自然科学基金(221710692187107522301039)和河北省自然科学基金(B2021202026)的支持。

论文链接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202400195

作者简介李志强,教授,博士生导师,化工学院副院长。2014年博士毕业于南开大学,同年进入bg视讯工作,2017-2019年在德克萨斯圣安东尼奥分校进行博士后研究。研究方向为稀土超分子化学,近五年以第一或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.4篇); Nat. Commun.; Adv. Funct. Mater.等刊物上发表SCI收录期刊论文50多篇,5篇入选ESI高被引用论文,授权发明专利4项,参编中英文专著各一部。主持国家自然科学基金3项,河北省自然科学基金重点项目等省部级项目9项,荣获河北省自然科学二等奖,2018年获河北省杰出青年基金资助,2019年获河北省高校百名优秀创新人才支持计划资助,2019年入选天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才,担任稀土学报(英文版)青年编委。

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