晶态多孔材料，如金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs），因其在催化和分离等多个领域的广泛应用潜力而备受关注。MOFs 是通过金属中心与有机连接体之间的配位键组装而成，具有高结晶度和多样化的拓扑结构，但通常结构韧性较低。相比之下，COFs 是通过有机单元之间的动态共价键形成的，尽管它们比 MOFs 更加稳定，但结晶度不高，结构多样性也有限。通过结合配位键和共价键进行材料组装，有望融合 MOFs 和 COFs 的优点，为制备高结晶度和稳定的多孔材料提供新的途径。

该研究通过共价键、配位键和模板效应的协同，实现了有机砌块、金属离子、抗衡阴离子等次级组分的多层级有序组装。这一策略通过动态亚胺键构建共价骨架，同时利用配位能力较弱的金属离子作为模板进行适应性配位，配合阴离子作为定向锚点引导相邻层的堆积，成功合成了高度结晶的超分子纳米管框架（SNF）和具有不同孔径的管状COFs （图1）。金属离子的引入不仅有助于开发新型晶态有机框架，还通过增强环形暗场信号，使其在扫描透射电子显微镜中能够被准确定位，从而便利了材料的结构解析。此外，该研究还展示了如何通过可逆的去金属化和再金属化来调控材料的物理化学性质。

图1：共价和配位协同驱动的多层级组装。

相关研究成果于8月26日发表在《自然·合成》（Nature Synthesis）期刊上，中山大学化学学院许海森副教授和瑞典斯德哥尔摩大学罗翼为论文第一作者，中山大学化学学院苏成勇教授、新加坡国立大学Loh Kian Ping教授和瑞典斯德哥尔摩大学Tom Willhammar为论文的共同通讯作者。该研究得到了科技部重点项目、国家自然科学基金、以及广东省和广州市科技项目等的大力支持。

论文信息：Hai-Sen Xu^†, Yi Luo^†, Runlai Li, Wen-Na Jiao, Si Huang, Wei-De Zhu, Hongfei Wang, Ting Chen, Mathias Nero, Fangzheng Chen, Qiang Gao, Xing Li, Mei Pan, Tom Willhammar*, Kian Ping Loh*, Cheng-Yong Su*, Hierarchical assembly of tubular frameworks driven by covalent and coordinate bonding, DOI: 10.1038/s44160-024-00632-3.

网页链接：https://www.nature.com/articles/s44160-024-00632-3

应期刊编辑邀请，研究团队与审稿人和编辑共同撰写的题为“Integrating multiple interactions for the assembly of ordered organic frameworks”的研究简报（Research briefing）也在线发表。期刊审稿人和编辑对该工作给予高度评价，认为该研究成功地将零维超分子化学中的共价与配位协同组装策略拓展至延展的晶态有机框架材料。