维度是材料学中的一个基本概念，不同维度的材料在性质、结构和应用方面存在着显著的差异和影响。值得注意的是，材料的维度不仅包括由外部物理形状确定的形态维度，还包括由材料的内在化学连接性导致的拓扑维度。对于新兴的网状材料来说，拓扑维度无疑是更为核心和本质的特征。因此，对于典型的网状材料共价有机框架（COFs），根据其生长方向和共价连接性被分类为1D、2D和3D COFs。然而，不同维度COFs的拓扑结构和所需的构建块存在巨大差异，这使得COFs的维度控制变得极其困难，尤其是对于从同一组构建块同时合成1D、2D和3D COFs，即同源COFs的全维度分化，更是如此。
近期，化学学院马利建/李阳团队通过精确调控COFs合成过程中的动态共价化学，首次实现了同源COFs的全维度分化。具体来说，同源COFs的全维度分化是通过精心选择具有构建全维度拓扑结构能力的分子组合体系，以及通过调节合成方案改变结晶的动力学和热力学来实现的。进一步的转化实验和理论计算阐明了同源COFs家族的势能景观，发现其维度的能量梯度遵循2D > 1D > 3D的规律。并且，研究发现2D到1D的转化涉及桥接单元的断开和再组装，而2D到3D和1D到3D的转化都经历了广泛的键断裂和再聚合。此外，得益于1D结构的高效三重态激子形成和最小化的能量损失，同源COFs家族的1D COF表现出最长的激子寿命和最高效的光催化铀还原能力。该研究不仅首次构建了全维度的同源异构COFs并展示了其跨维转换特性，而且为基于COFs的高性能光催化剂结构设计提供了新的思路。
该工作以“Full-Dimensional Differentiation and Pathway-Wide Transformation in a Homologous Covalent Organic Framework Family”为题，近日发表于《Journal of the American Chemical Society》上。四川大学化学学院为第一单位，通讯作者为四川大学马利建教授、李阳副研究员和上海科技大学曹克诚研究员，第一作者为博士生喻开富。衷心感谢国家自然科学基金委和四川大学的经费支持，同时感谢我校分析测试中心以及我院化学专业实验室综合训练平台在材料表征方面的大力支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c02577
