单晶sp2c-COFs应用前景极其广阔

博士一作！他，师从冯新亮院士，中科院「国家优青」，联合南开，新发Nature Chemistry！

天赐 诠释干货

sp2-碳连接的共价有机框架（sp2c-COFs）是一种具有由sp2碳连接的重复有机单元的结晶多孔聚合物，由于其坚固的骨架和可调的半导体特性而引起了越来越多的兴趣。

具有明确结构的单晶sp2c-COFs可以成为研究基本物理特性和器件性能的理想平台。

然而，坚固的烯烃键抑制了基于可逆反应的晶体自校正，从而产生多晶或无定形聚合物。

2025年1月6日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所张涛研究员、南开大学张振杰教授在国际顶级期刊Nature Chemistry发表题为《Synthesis of single-crystalline sp2-carbon-linked covalent organic frameworks through imine-to-olefin transformation》的研究论文，博士生李升旭为论文第一作者，张涛研究员、张振杰教授为论文共同通讯作者。

张涛，中国科学院宁波材料所研究员，中国科学院特聘研究员（特聘骨干岗位-基础前沿原始创新类），界面功能高分子材料团队负责人，国家优青。

2008年和2011年获得四川大学学士和硕士（导师：陈武勇教授）学位，2015年在德国德累斯顿工业大学获得博士学位，导师：Prof. Rainer Jordan。博士毕业后至2019年留校从事博士后研究，导师：Prof. Rainer Jordan、冯新亮院士。担任博士后期间曾到剑桥大学作访问学者，导师为Prof. Henning Sirringhaus。2020年回国加入中国科学院宁波材料所任研究员、团队负责人。

张涛研究员致力于有机二维聚合物材料设计合成、结构与性能关系以及前沿应用基础研究。截至2024年7月，在Nat. Chem.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Cent. Sci.、Acc. Chem. Res.、Chem. Rev.等期刊发表文章90余篇，他引7000余次。申请发明专利19项，授权6项。

张振杰，南开国际先进研究院（深圳福田）/南开大学化学学院教授。2006年和2009年在南开大学获本科和硕士学位（导师：程鹏教授）， 2014年获美国南佛罗里达大学博士学位（导师：Michael J. Zaworotko教授），2014-2016年在美国加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究（导师：Seth M. Cohen教授），2016年加入南开大学任教授，博士生导师。

张振杰教授的研究领域为研究领域为1．高分子合成，新拓扑结构高分子的构筑、高分子与晶态材料复合体系；2．智能响应/驱动体系（人工肌肉、马达、传感器等）；3．高效分离介质的设计和构建。

张振杰教授共发表论文160余篇，近五年以通讯作者发表论文90余篇，包括 Nat. Chem.、Nat. Sustain.、Nat. Protoc.、Nat. Rev. Chem.、Nat. Commun.、Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、CCS Chem.、Sci. China. Chem. 、ACS Cent. Sci.、ACS Catal.、ACS Mater.Lett.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res. 、Chem. Soc. Rev.、Adv. Sci.、Coord. Chem. Rev.等；获批或申请中国发明专利50余件，PCT和美国专利5件。

在这里，作者报告了一种形成单晶sp2c-COFs的亚胺到烯烃的转化策略。孤立的单晶显示出矩形纳米管状域，尺寸约为24 μm×0.8 μm×0.8 μm，永久孔分布在1.1 nm左右。

高度共轭的烯烃键赋予晶体增强的电子连接性，使其具有显著的室温无金属铁磁性（8.6×10−3emug−1）。

作者的方案非常稳健，通常适用于合成未来自旋电子器件的单晶sp2c-COFs。

图1：亚胺到烯烃转化策略

图2：晶体和化学结构

图3：单晶结构表征

图4：单晶的ESR和SQUID表征

综上，该论文团队报道了一种通过亚胺到烯烃转化策略合成单晶sp2-碳连接的共价有机框架（sc-sp2c-COFs）的方法。

研究成功制备了具有高结晶度和显著室温铁磁性的单晶sc-sp2c-COFs，有望应用于自旋电子器件，如自旋晶体管、自旋存储器等，推动自旋电子学的发展，也为开发新型磁性功能材料提供了新的选择。此外，COFs的多孔结构和可调控的化学性质使其在催化和分离领域具有广泛的应用前景，sc-sp2c-COFs的优异化学稳定性和结构特性可能进一步拓展其在这些领域的应用范围。

自旋电子器件的应用行业

半导体激光器
工业电机
数据存储
量子计算
电动汽车
微波器件

人工智能

生物医学

自旋随机储存器具有断电数据非易失性、快速随机、存储密度高、稳定性高等优点，被认为可作为下一代通用储存器。纳电子学的主要目标。可以通过单个的储存技术来提供数据和执行储存，适用的温度范围提高，在军用和航天有前途