共價有機(jī)框架（COFs）材料是一類通過共價鍵連接而成的晶態(tài)有機(jī)多孔材料，具有比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)易調(diào)控和功能化等特點，在吸附、催化、儲能以及光電材料等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。特別是一些具有共軛結(jié)構(gòu)的共價有機(jī)框架材料展現(xiàn)出優(yōu)異的可見光吸收能力，寬光吸收范圍、結(jié)構(gòu)易調(diào)控、高比表面積、高結(jié)晶性等特點使其成為一類新興的有機(jī)光催化材料。但是，共價有機(jī)框架材料作為光催化劑仍然存在亟需解決的問題，例如：（1）大部分基于可逆共價鍵構(gòu)筑的共價有機(jī)框架材料的水熱穩(wěn)定性較差，在光催化應(yīng)用過程中易發(fā)生分解；（2）光催化反應(yīng)機(jī)制不明確且載流子的分離、傳輸效率低；（3）使用不可持續(xù)的犧牲劑。上述這些問題限制了共價有機(jī)框架光催化劑的光催化效率，制約了其實際應(yīng)用。
共價三嗪框架是一類節(jié)點為三嗪環(huán)的共軛聚合物，其中結(jié)晶性的共價三嗪框架屬于共價有機(jī)框架材料的一類獨特的組成部分。三嗪環(huán)的穩(wěn)定性有效解決了常見共價有機(jī)框架材料水熱穩(wěn)定性較差這一關(guān)鍵科學(xué)問題。同時三嗪環(huán)的吸電子特性賦予了這類材料原生的D-A結(jié)構(gòu)，因此它在包括光、電催化等一系列的研究領(lǐng)域中具有極大的應(yīng)用潛力。然而，對于這種由非可逆共價鍵形成的框架材料，傳統(tǒng)的合成方法需要在較高的溫度或強酸催化下進(jìn)行，不可避免的會造成碳化、聚合度低、結(jié)晶性差等問題，從而限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
針對共價三嗪框架材料面臨的這些關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院譚必恩團(tuán)隊致力于共價三嗪框架的合成方法學(xué)及其光催化應(yīng)用研究，并取得了一系列的創(chuàng)新研究成果，包括：1)開發(fā)了低溫縮聚法合成共價三嗪框架材料的策略，反應(yīng)能夠在較溫和的條件下進(jìn)行；2）通過控制成核和生長過程，得到了高結(jié)晶性的共價三嗪框架材料；3）發(fā)展了D-A結(jié)構(gòu)設(shè)計、能帶調(diào)控過程、形貌調(diào)控等多種策略提高了光生載流子的分離、傳輸效率；這些方法和策略實現(xiàn)了共價三嗪框架材料的可控制備和高的光催化活性。
圖1 各種COFs光催化劑的合成方法
基于在該領(lǐng)域多年的研究積淀，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院譚必恩教授課題組綜述了近年來共價有機(jī)框架材料和共價三嗪框架材料在光催化領(lǐng)域的研究進(jìn)展？偨Y(jié)了不同種類的COFs的合成方法；從不同的光催化機(jī)理出發(fā)，闡述了不同的光催化應(yīng)用。最后，他們還進(jìn)一步討論了COFs這一新興光催化材料所面臨的挑戰(zhàn)，并且指出未來的廣闊前景和可能的發(fā)展方向。
該邀請綜述論文近期在Chinese Journal of Polymer Science上以封面論文發(fā)表，題目為COFs-based Porous Materials for Photocatalytic Applications，華中科技大學(xué)譚必恩教授和軍事科學(xué)院李和國研究員為通訊作者，博士生胡勛亮為第一作者。相關(guān)研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2394-x
