近日，我校化药学院刘波副教授在网格化学合成领域取得重要进展，相关研究成果以“Covalent organic frameworks as infinite building units for metal–organic frameworks with compartmentalized pores”为题发表在Nature Chemistry上，刘波副教授，吴翌宸博士为论文第一作者，江海龙教授和李巧伟教授为通讯作者。该研究实现了跨键合框架的融合策略，为框架化学引入了一种变革性方法。该方法在以往MOF结构通常仅局限于孤立有机配体的基础上，首次实现了基于无限连接的一维和二维有机单元和多金属无机簇构筑MOF，突破了MOF现有结构的认知边界。

金属有机框架（MOF）的合成主要以金属离子与有机小分子作为构筑单元，所得框架中无论是无机组分还是有机组分通常展现出整体无延伸性的离散型分布特征。制备拥有连续纯有机或纯无机子网格结构的MOF框架，是合成化学领域面临的一项极具难度的挑战。尽管无机子网格已被作为具有无限连接性的单元来构筑MOF，但是以具备无限连接性的有机结构为构筑单元，与无机次级构造单元（SBU）协同构建MOF晶体的研究，目前尚未见报道。究其原因，在于聚合物一维有机链或二维有机层天生存在结构无序性，这使得它们很难成为网格材料中结构明确的构筑单元。

近20年来迅速发展的共价有机框架（COF）实现了有机单元的无限且精准的排列。因此从理论上而言，将COF作为子网格引入MOF材料的设想是完全可行的。将上述想法实现，我们需要直面此类框架合成的多重挑战：COF本身无法溶解，且通常缺乏能与金属离子发生配位作用的结合基团。一锅法直接合成虽能规避溶解性问题，但仍需精心设计具有高度空间匹配性与化学反应一对一选择性的多种合成子。此外，只有对共价键合（linkage）与配位键合进行精细调控，确保多个键合反应的同步性和可逆性，方可获得具有单晶特性的结构。

刘波副教授联合中国科学技术大学江海龙教授和复旦大学李巧伟教授，让MOF与COF不“分家”，实现了跨键合框架的一锅法合成。他们将基于硼氧六环的COF（包括具有不同构象的一维COF与具有特定拓扑结构的二维COF）与基于Zr6O8和Hf6O8的无机单元连接，成功制备出一系列MOF结构。得益于各组分在三维空间的良好匹配性，无限延伸的有机单元被“锁定”成规则排列，进而形成沿特定方向、不同结构域内兼具独特结构特征与专属孔环境的框架材料。更关键的是，框架中的拓展型COF单元与离散型无机单元共存又彼此独立，最终让材料在空间上呈现出高度的结构分区性。

本研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01953-2