課題組利用選擇性識別的陽離子-π和給體-受體作用構筑二維超分子聚合物的研究工作在Angew. Chem. Int. Ed.上發表
具有復雜拓撲和高度有序結構的超分子聚合物，特別是通過超分子工程策略將結構單元以非共價鍵方式連接在一起的二維超分子聚合物（2DSP），憑借著其大的比表面積和周期性長程有序結構所帶來的優異光電特性，在催化、吸附分離、以及半導體器件等方面表現出巨大的應用潛力。目前，通過兩種不同類型非共價作用之間的正交識別方式可以構筑出不同結構的2DSP（例如，主客體作用/金屬配位作用，金屬配位/氫鍵作用，氫鍵/芳環堆積作用等）。然而，相同類型的非共價作用，特別是當相同類型的芳環堆積作用同時存在于同一體系時，其往往很難發生正交識別而產生相互干擾，導致形成無規聚集體而非2D有序結構，因此嚴重限制了該類聚合物的應用范圍。
近日，課題組在前期可控陽離子–π化學構筑超分子聚合物和超分子共組裝研究的基礎上，提出了一種芳環選擇性識別策略，克服了同屬于芳環堆積作用的陽離子–π和供體–受體作用之間的相互干擾問題，構筑了結構規整有序的2DSP，并探索了其在光催化析氫領域的應用。在該工作中，作者設計了一類C4對稱的陽離子單體D1–D4。以D1為例，其由一個剛性的9,10-二乙基蒽（An）核和四個陽離子苯基咪唑（PI）臂組成。當D1與1,2,4,5-四氰苯（TCNB）共組裝時，通過對非共價作用力方向和大小的精細調控，避免了PI-dimer、An/TCNB、An/PI和PI/TCNB四種結合方式的共存，只選擇性地發生基于陽離子–π和供體–受體作用的PI-dimer和An/TCNB兩種特異性結合，從而得到有序的2DSP。最后，作者將所構筑的2DSP應用于光催化析氫領域。結果表明，2DSP的光催化析氫速率相比于D1自組裝體提高了4.6倍。該工作不僅為π-共軛體系實現芳環選擇性識別開辟了新途徑，而且為具有復雜拓撲結構的超分子聚合物的可控合成與功能材料的制備發展了新方法。
該研究成果近期發表于《Angewandte Chemie International Edition》(2023, 62, e202302274)。
(論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302274）
課題組高昭副教授為論文的第一作者，田威教授為論文的通訊作者。