近日，实验室史兵兵副教授和林奇教授团队在新型超分子大环芳烃的合成及自组装晶态多孔材料领域取得创新性研究成果。相关工作以“Clamparene: Synthesis, Structure, and Its Application in Spontaneous Formation of 3D Porous Crystals”为题发表于化学领域国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society，（DOI：10.1021/jacs.3c13714，化学TOP一区，IF：15.00）。

图1 (a) 卡环芳烃的单晶结构；（b，c）卡环芳烃自组装形成的亚纳米管结构；（d）卡环芳烃进一步自组装的三维多孔框架结构; （e）卡环芳烃分子之间的C-H···π相互作用。

设计合成新的超分子大环主体，发展新的主客体分子识别体系，以满足超分子化学研究和发展的需求，一直以来都是超分子化学的研究热点。具有特定重复单元和空腔尺寸的大环芳烃被广泛地应用于超分子自组装、分子机器、吸附分离以及荧光探针等领域中。其中，基于大环芳烃的晶态材料在吸附分离领域表现出良好的应用前景。尽管已经有很多基于大环芳烃的吸附分离材料被报道，但是目前所报道的基于大环芳烃的吸附分离材料依然存在如下的缺陷：1、目前所报道的基于大环芳烃的吸附分离材料大多数都是无孔的，这导致了吸附分离过程所需时间较长。2、材料负载量低，这主要是因为用来构筑这类吸附分离材料的大环芳烃空腔尺寸较小。因此，如何设计合成具有大空腔尺寸的大环芳烃分子，并以此来构筑具有大比表面的多孔晶态吸附分离材料依然是一个挑战。

鉴于此，作者团队设计合成了一种新型超分子大环芳烃：卡环芳烃（Clamparene，简称CLP）（图1）。卡环芳烃由四个2,6-二甲氧基萘和两个联苯单元通过亚甲基桥接组成，具有合成简单、刚性和大空腔尺寸的特点。卡环芳烃在固态可通过自组装形成一维亚纳米管，这些亚纳米管可进一步自组装形成三维多孔结构。基于此，作者进一步制备了基于卡环芳烃的晶态多孔材料CLPα。通过N₂气体吸附−脱附实验，确定了CLPα晶态材料的稳定性和多孔性。

图2 (a)，(b) CLPα晶态材料对BTX蒸汽的可循环吸附；(c) CLPα晶态材料程的结构展示。

图3 (a)、(b) Bz@CLP、(c)、(d) ToL@CLP；(e) (f) oXL@CLP；(g)、(h) mXL@CLP；(i)、(j) pXL@CLP的单晶结构。

考虑到CLP较大尺寸空腔和晶态固体CLPα的多孔性，作者研究了CLPα晶态材料对苯系污染物BTX（苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯）的吸附性能。研究表明，CLPα晶态材料对苯系污染表现出了良好的吸附性能，具有吸附速率快、负载量高以及可循环利用性能好的特点（图2）。作者进一步利用X-射线单晶衍射实验证实了CLPα晶态材料对苯系污染物（BTX）的吸附机理，实验表明，BTX分子通过C-H···π相互作用被吸附于CLP自组装形成的亚纳米管结构中，其中三个BTX分子通过C-H···π相互作用被封装在一个CLP分子空腔之中（图3）。

这部分研究工作不仅仅丰富了超分子化学以大环主体为核心的研究内容，同时，为基于大环芳烃的晶态多孔材料的制备提供了新的研究思路。

实验室史兵兵副教授为论文的第一作者及通讯作者，林奇教授为论文通讯作者。西北师范大学、生态功能高分子材料教育部重点实验室为论文唯一署名单位及唯一通讯单位。