多孔芳香骨架材料 (PAFs) 是近几年来新兴的一种多孔材料。该类材料具有较大的孔体积和较高的比表面积，在酸碱、氧气、湿气等苛刻条件下展现了良好的物理和化学稳定性。优异的吸附分离、能源存储、分子催化等性质使得多孔芳香骨架材料拥有巨大的工业应用潜力。近日，东北师范大学在以特定功能为靶向制备具有特定功能的多孔芳香骨架材料领域取得了突破性研究进展。

随着化石燃料的逐渐枯竭和环境污染的日益严重，核能源作为一种高效、无碳化合物排放的新能源受到了广泛的关注。近年来，随着世界各地核电站的开发建设，核废料的富集和排放成为困扰人们的新问题。在诸多核废料中，¹²⁹I和¹³¹I 由于具有超长的放射半衰期 (1.57 × 10⁷ 年)，并且严重影响人体的新陈代谢系统，引起了人们对核能源使用的担忧。如何有效地捕获和存储放射性碘元素，成为了核能源能否在未来广泛应用的关键问题。通过模拟计算，发现带电荷的离子片段和芳环等的共轭片段会对碘元素产生较强的相互作用。因此，2015 年朱广山教授课题组选择多种带电荷的构筑基块，采用Sonogashira–Hagihara 偶联反应，合成了一系列具有多种活性位点的离子骨架型多孔芳香骨架材料PAF-23、PAF-24 和PAF-25。经过对骨架结构单元进行系统的调整，该课题组定性、定量地分析了各种活性片段对碘单质的吸附能力。由于制备的多孔芳香骨架材料整合了多种活性位点于一体，该系列材料具有目前最高的碘吸附能力，其性能远高于之前报道的多孔材料的吸附纪录 (图一)。该研究工作由朱广山教授、元野副教授指导完成，发表于化学权威期刊《德国应用化学》上（Highly Efficient Enrichment of Volatile Iodine by Charged Porous Aromatic Frameworks with Three Sorption Sites, Angew.Chem. Int. Ed. 2015, 54, 12733）。

图一

由于地球逐年变暖、北极冰川融化、海洋酸化等问题日益突出，温室气体CO₂ 的捕获和存储引起了科研工作者们广泛的关注。为解决空气中CO₂ 气体含量过高的难题，经过大量的理论计算发现富勒烯分子能够提供适宜CO₂吸附和存储的表面环境，如果将单分散的富勒烯分子作为气体吸附剂，它们有可能展现优异的二氧化碳捕获和分离性能。然而，富勒烯单质是以紧密堆积的状态存在的，无法提供气体分子吸附所需的孔道或空穴。2016 年,朱广山教授课题组将富勒烯C60 分子作为多面体型构筑基块，采用简便的酸催化偶联反应，合成了一系列富勒烯型多孔芳香骨架材料 (图二)。通过系统的调整反应单体比例，将材料比表面积从传统富勒烯分子的19 m² g^-1 提升到多孔芳香骨架材料PAF-60 的1094 m² g^-1。进一步经过对链接分子上的取代基团行进修饰，朱广山教授课题组成功制备了具有不同孔道环境的系列多孔芳香骨架材料PAF-61 和PAF-62。这些靶向制备的富勒烯型多孔芳香骨架材料展现了超高的CO₂ 存储和选择性吸附能力。该研究工作由朱广山教授、元野副教授指导完成，发表于化学权威期刊英国皇家化学会《化学科学》上（Coupling Fullerene into Porous Aromatic Frameworks for Gas Selective Sorption, Chem. Sci. 2016, 7, 3751）。

图二