近日，中國科學院國家納米科學中心韓寶航課題組和施興華課題組，聯合中國科學院大學何裕建課題組，開發出兩種具有三葉草孔形狀的共價有機框架，并揭示了新型kgd-v拓撲結構。這一材料表現出優異的大氣集水能力。
當前，水資源短缺問題日趨嚴重，利用多孔材料在空氣中捕獲水是緩解水資源短缺的方式之一。孔的大小和規整性決定水分子在孔隙填充過程中的濕度（RH）起點和動力學。通常，孔徑小于1.2 nm的孔隙可在RH <?70%的條件下進行陡峭的孔隙填充，表現出較高的水吸附量。進行陡峭吸附的濕度越低，材料孔徑便要越小。
kgd拓撲被認為是構建尺寸小于1.2 nm的微孔的候選者。具有kgd拓撲的二維COFs由C6-和C3-對稱單體構成。而C6-對稱單體的類型較少且合成困難，阻礙了具有kgd拓撲的二維COFs的發展。該研究提出通過C2v-和C3-對稱單體的方法來構建新型kgd-v拓撲。這些clv-COFs在平面內形成規則排布的類似三葉草形狀的孔。這在獲得具有小孔徑COF的同時減少了合成難度。
粉末X射線衍射測試與高分辨透射電子顯微鏡證實clv-COFs具有優異的結晶性。clv-COF-1和clv-COF-2的比表面積分別為300?m2?g–1和220?m2 g–1。clv-COF-1和clv-COF-2的主孔徑分別為1.0 nm和1.2 nm。這些具有kgd-v拓撲的clv-COFs中的孔徑與kgd拓撲中的理論孔徑一致。clv-COF-1在動態水蒸氣吸附測試中表現出典型的S形水吸附曲線，并在RH = 50 %時表現出的最大吸附容量為131 mg g–1。實際條件下的空氣集水實驗中，100分鐘內即可完成一個集水周期。在28°C、RH = 45%的條件下，clv-COF-1的大氣集水能力可達1.73 L kg–1 d–1。
相關研究成果發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的支持。
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共價有機框架拓撲結構研究取得進展
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