邓鹤翔教授（武大邓鹤翔团队）
工作简述
COF分子尺度的微观结构对其光学性能有重要影响，除了已被广泛认识的有机官能团作用，本文分析并揭示了三个关键结构因素（连接，取向和排列）对COF宏观光学性能的重要性。
工作介绍
具有特殊性能的光学材料在我们的日常生活及工业生产中发挥着重要的作用。在经典聚合物中，通过调节分子的连接（C）方式能够一定程度上增强材料的光学性能，在小分子晶体中调控分子取向（O）及排列（A）也能提升材料光学性能，而COF材料结合了两者的优势，能够实现对连接，取向和排列三个关键结构因素的同时调控，从而使材料具有优异的光学性能（图1）。
本文基于目前已被报导的具有特殊光学性能的COF材料，并结合课题组的实验经验及COF结构方面的理论基础，分析凝练出影响COF光学性能的三个重要结构因素。目前不同发光机理的荧光小分子，包括聚集诱导发光（AIE）分子和聚集荧光淬灭（ACQ）分子，都能用于合成特殊光学性能的COF，然而，这三个结构因素的调控机制截然不同。因此，在此工作中，分别探讨了在具有AIE和ACQ构筑单元的COF中如何通过调控分子的连接，取向和排列来获得优异的光学性能。具体来说，对于AIE分子，需要通过调控COF的这三个结构因素使AIE官能团聚集从而抑制分子内旋转来减少非辐射损失，实现光学性能的提升。例如在三维COF中，可以通过构字母娱乐网网筑多重穿插结构来使AIE分子聚集，而在二维COF中则可以运用重叠的层间堆积、层内框架锁定、延展共轭或共价环化的方法来使AIE分子聚集，来使AIE COF具有优异光学性能；对于ACQ分子，则需要通过调控这三个结构因素来避免其聚集导致的荧光淬灭。例如通过COF的三维结构使ACQ分子分散在三维框架中从而避免聚集，而在二维结构中，可以充分利用其层间错位堆积、增大层间距或调控电子分布等方法减弱ACQ效应，使得ACQ COF具有优异光学性能（图2）。
此外，这些光学COF材料在生物医用和智能材料等前沿领域具有潜在应用价值。例如无活性氧产生能力的小分子可以通过构筑成COF的方式来实现优异的活性氧产生能力并用于肿瘤治疗；光异构小分子单元与柔性聚合物链段可构筑具有光-机械响应的COF薄膜，并有望应用于人工肌肉材料；另外，可以在COF框架中引入刺激响应的化学键，通过外界刺激，如光、电、磁、声、热等来实现其拓扑结构的可逆转变（图 3）。
▲图1. 影响光学COF性能的关键结构因素及其光学应用。（A）小分子在溶液中是无序的状态，无法对其取向和排列进行调控，将这些小分子通过共价连接构筑成晶态COF材料后能够实现对其连接、取向和排列等结构因素的调控从而实现其优异的光学性能。（B）基于COF的光吸收和光发射性质的各种光学应用。
▲图2. 将AIE（A, B, C, D 和E）或ACQ构筑单元（F, G, H, I 和 J）引入到COF框架中构筑具有特定光学性能的COF。基于AIE和ACQ分子的不同发光机理，我们分别探讨了如何通过调控分子的连接，取向和排列来获得优异的光学性能。
▲图3. COF在生物医用和智能材料等前言领域的潜在应用。（A）无活性氧产生能力的单体可通过构筑成二维COF得到具有优异活性氧产生能力的材料。（B）光异构小分子单元与柔性聚合物链段可构筑具有光-机械响应的COF薄膜，在光照或加热条件下实现面内的结构转变。（C）在COF框架中引入刺激响应的化学键，通过光照或加热实现其拓扑结构的可逆转变。
文章信息
Liang Zhang, Lezhi Yi, Zhi-Jun Sun and Hexiang Deng*, Covalent Organic Frameworks for Optical Applications, aggregate 2020, 2006844.
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.24
课题组链接：
邓鹤翔教授 http://hdeng.whu.edu.cn/
课题组介绍
邓鹤翔现为武汉大学化学与分子科学学院教授，副院长，武汉大学高字母娱乐网网等研究院的创始成员之一。2007年在复旦大学取得学士学位，早期在赵东元院士课题组从事介孔材料字母娱乐网网研究。2011年在加州大学洛杉矶分校（UCLA）取得化学博士学位，导师为Omar Yaghi教授，研究方向为晶态介孔材料MOF和COF的系统性设计与合成，同年获得国家优秀自费留学生奖学金。2012至2013年先后在加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校劳伦斯国家实验室（LBNL）从事博士后研究工作。2013年初加入武汉大学化学与分子科学学院，任青年学科带头人，2020年获得国家杰出青年基金。回国以来，设计合成了一系列具有自主知识产权的分子定制介孔晶态材料，并成功运用与能源的储存和转化，药物的输运及生物大分子负载，在Nature、Science、JACS等顶尖国际期刊发表多篇论文。获得中国分子筛协会颁发的首届“新秀奖” 。
