近日,纺织纤维及制品教育部重点实验室王栋教授团队在国际综合期刊Science Advances在线发表题为“Interfacial Solvothermal Synthesis of Superhydrophilic Ionic Salt-Derived Chiral Helical COFs with Strong Chiroptical Activity”的研究论文。论文由平台青年教师查新林博士和硕士研究生蒋珍珍担任共同第一作者,王栋教授和李沐芳教授担任共同通讯作者,武汉纺织大学为第一通讯单位。

手性共价有机框架因兼具晶态有序结构、规则孔道和优异的手性光学性能,在圆偏振发光、手性识别、不对称催化及光电器件等领域展现出广阔应用前景。然而,传统手性诱导策略受限于快速聚合与结晶过程,难以实现分子手性的高效传递与放大,所得材料普遍存在手性光学活性较弱等问题。因此,如何精准调控COFs的结晶动力学,实现分子尺度手性向更高层级结构的有效放大,一直是该领域的重要研究方向。
针对这一难题,王栋教授团队创新提出了界面溶剂热合成策略。该策略充分利用超亲水离子胺单体与有机相醛单体天然形成的液-液界面,将两类单体分别限制于水相和有机相,通过界面扩散与动态缩合过程实现聚合动力学的精准调控,有效促进分子尺度手性向介观螺旋结构的逐级传递与放大。基于该策略,研究团队成功构筑了阴离子型、阳离子型和两性离子型三类高度有序的螺旋手性COFs,其圆二色性信号超过3600 mdeg,吸收不对称因子最高达到0.07,达到目前手性诱导COFs体系的先进水平。
进一步研究发现,通过调控酸浓度和手性诱导剂用量,可实现超螺旋COFs尺寸由纳米尺度至微米尺度的连续可控生长,建立了界面反应动力学与介观螺旋结构演化之间的构效关系,为手性框架材料的多尺度精准构筑提供了新的设计思路。与此同时,研究团队充分利用离子COFs规则孔道及静电作用,将不同电荷的聚集诱导发光分子组装至框架孔道内,成功获得蓝色、黄色和绿色圆偏振发光材料,其发光不对称因子最高达到5.2×10-2,实现了介观螺旋结构、手性光学活性和圆偏振发光性能的协同提升。该研究建立了基于界面动力学调控构筑高光学活性手性COFs的新策略,为高性能手性光电材料、圆偏振显示、手性传感及不对称催化等领域的发展提供了新的技术路线。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec8167