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在新型多孔材料研究领域，共价有机框架（COFs）材料的晶面工程调控技术正成为继拓扑结构设计与化学组分优化后的又一前沿突破方向。晶面效应对材料性能至关重要，然而受限于单晶材料的制备瓶颈，该方面研究始终是困扰科研人员的技术难题。业界普遍认为，COFs要实现从基础研究到工业应用的跨越，亟需建立兼具高效合成与晶习可控的普适性解决方案。这一技术突破不仅关乎COFs材料的基础理论研究深化，更将直接影响其在催化、储能、分子分离等领域的产业化应用前景。

在中国科学院和国家自然科学基金委的支持下，尊龙凯时官网有机固体实验室刘云圻/陈建毅团队在快速制备晶习可控的单晶共价有机框架方面取得新进展。以经典的单晶COF-300为例，团队研究人员开发出乙缩醛/乙酸调控策略，通过精准调控醛基单体的缓释机制，成功破解了传统合成中醛胺单体快速反应的动力学难题。该技术采用前驱体保护策略构建的均相反应体系，不仅有效抑制了晶核无序生成，更通过醛基的梯度释放实现对晶核数量与质量的双重调控（图1）。该策略颠覆了传统认知中“催化剂与调节剂需严格配对”的固有理论模式，以乙酸为催化剂却能大幅扩展调节剂的选择范围（超过20种伯胺），并首次以绿色溶剂水（H₂O）为晶化调节剂合成了20微米的单晶COF-300。尤为重要的是，该策略建立了“催化剂-调节剂”双变量精准调控模型，通过动态调节二者配比，成功实现了对单晶尺寸、尺寸分布、形状及纯度等晶习的全维度操控（图2）。这一发现为科研人员认知COFs晶体生长动力学提供了新的视角，推动迈入定量设计新阶段。此外，该策略无需加入过多苯胺即可提供均相起始反应环境，有效加速了晶体生长的过程，不仅实现60微米级单晶的1小时快速制备，更在48小时内突破至120微米。相关研究成果以“Rapid Synthesis of Single-Crystal Covalent Organic Framework with Controllable Crystal Habits”为题发表在《Journal of the American Chemical Society》期刊上（http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01638）。文章的第一作者为高文强博士和陈子奥博士，通讯作者为陈建毅研究员和刘云圻院士。

图1 大尺寸单晶COF-300的晶体生长路线（右上角的框显示了COF-300单形和复形结构）

图2 “催化剂-调节剂”双变量精准调控单晶COF-300的晶体习性

有机固体实验室

2025年5月6日