摘要：
探索三维共价有机框架（3D COFs）的结构，设计高连通性的有机建筑单元，拓展3D COF结构的范围。设计和合成了一个12-连接的三苯基醛基前体，制备了一种新型3D COF。成功合成了具有lnj拓扑结构的3D COF，具有蜂窝主孔和永久孔隙性能，比表面积达1159.6 m2/g，为合成高连通性前体提供了策略，丰富了3D COF的多样性。

研究背景：
3D COFs的发展相对缓慢，与2D COFs相比，拓扑结构种类较少。目前仅有四种主要构建3D COFs的策略，需要精心设计建筑单元前体。本文通过设计和合成高连通性的三苯基醛基前体，成功制备了lnj拓扑结构的3D COF，丰富了3D COF的结构多样性。

图1. 合成12连接固有多节点构建单元（Triptycene-12-CHO）和具有lnj拓扑结构的3D COF（3D-lnj-COF）

实验部分：
设计和合成了12-连接的三苯基醛基前体triptycene-12-CHO。通过Suzuki偶联反应合成了triptycene-12-CHO。利用triptycene-12-CHO和线性连接物p-苯二胺（PDA）的组合反应，制备了lnj拓扑结构的3D-lnj-COF。对合成的3D-lnj-COF进行了多种表征，包括NMR、质谱、FT-IR、TGA、元素分析、SEM、HR-TEM等。通过PXRD实验确定了3D-lnj-COF的晶体结构和晶胞参数。测定了3D-lnj-COF的比表面积、孔径分布和气体吸附性能。

图2. 从顶视图（a）和侧视图（b）呈现多孔3D-lnj-COF的结构表示


图3. 3D-lnj-COF的PXRD图谱。实验图谱（红色曲线）、Pawley精修图谱（黑色曲线）以及从lnj模型结构计算得到的图谱（品红色曲线）及其差异（蓝色曲线）。插图为5°至10°的放大视图。


图4. 3D-lnj-COF的氮吸附-脱附等温线和77K时的孔径分布

实验小结：
通过设计和合成高连通性的三苯基醛基前体，成功制备了lnj拓扑结构的3D COF。3D-lnj-COF表现出良好的热稳定性和化学稳定性。3D-lnj-COF具有1159.6 m2 g−1的比表面积，适中的气体吸附性能。
结论：
本文成功设计合成了lnj拓扑结构的3D COF，丰富了3D COF的结构多样性。通过高连通性的三苯基醛基前体，提供了一种通用策略来构建3D COF拓扑结构。未来研究方向可能包括进一步优化3D COF的性能和拓展更多新型3D COF的结构。
展望：
本文在设计和合成高连通性前体方面取得了进展，但仍有待进一步优化合成方法，提高3D COF的比表面积和气体吸附性能。未来研究可以考虑探索更多新型的高连通性有机建筑单元，以拓展3D COF的结构多样性和应用潜力。

Synthesis of 12-Connected Three-Dimensional Covalent Organic Framework with lnj Topology
Zonglong Li, Guojie Xu, Chenxi Zhang,* Shuan Ma, Yaxin Jiang, Hao Xiong, Guo Tian, Yanzhou Wu,Yen Wei, Xiao Chen,* Yang Yang,* and Fei Wei
DOI: 10.1021/jacs.3c12995
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c12995