具有明確結構的單晶sp²c-COFs可以成為研究基本物理特性和器件性能的理想平臺。

然而，堅固的烯烴鍵抑制了基于可逆反應的晶體自校正，從而產生多晶或無定形聚合物。

2025年1月6日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所張濤研究員、南開大學張振杰教授在國際頂級期刊Nature Chemistry發表題為《Synthesis of single-crystalline sp²-carbon-linked covalent organic frameworks through imine-to-olefin transformation》的研究論文，博士生李升旭為論文第一作者，張濤研究員、張振杰教授為論文共同通訊作者。

張濤，中國科學院寧波材料所研究員，中國科學院特聘研究員（特聘骨干崗位-基礎前沿原始創新類），界面功能高分子材料團隊負責人，國家優青。

2008年和2011年獲得四川大學學士和碩士（導師：陳武勇教授）學位，2015年在德國德累斯頓工業大學獲得博士學位，導師：Prof. Rainer Jordan。博士畢業后至2019年留校從事博士后研究，導師：Prof. Rainer Jordan、馮新亮院士。擔任博士后期間曾到劍橋大學作訪問學者，導師為Prof. Henning Sirringhaus。2020年回國加入中國科學院寧波材料所任研究員、團隊負責人。

張濤研究員致力于有機二維聚合物材料設計合成、結構與性能關系以及前沿應用基礎研究。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.等期刊發表文章90余篇，他引7000余次。申請發明專利19項，授權6項。

張振杰，南開國際先進研究院（深圳福田）/南開大學化學學院教授。2006年和2009年在南開大學獲本科和碩士學位（導師：程鵬教授）， 2014年獲美國南佛羅里達大學博士學位（導師：Michael J. Zaworotko教授），2014-2016年在美國加州大學圣地亞哥分校從事博士后研究（導師：Seth M. Cohen教授），2016年加入南開大學任教授，博士生導師。

張振杰教授的研究領域為研究領域為1．高分子合成，新拓撲結構高分子的構筑、高分子與晶態材料復合體系；2．智能響應/驅動體系（人工肌肉、馬達、傳感器等）；3．高效分離介質的設計和構建。

張振杰教授共發表論文160余篇，近五年以通訊作者發表論文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；獲批或申請中國發明專利50余件，PCT和美國專利5件。

在這里，作者報告了一種形成單晶sp²c-COFs的亞胺到烯烴的轉化策略。孤立的單晶顯示出矩形納米管狀域，尺寸約為24 μm×0.8 μm×0.8 μm，永久孔分布在1.1 nm左右。

高度共軛的烯烴鍵賦予晶體增強的電子連接性，使其具有顯著的室溫無金屬鐵磁性（8.6×10^?3?emu?g^?1）。

作者的方案非常穩健，通常適用于合成未來自旋電子器件的單晶sp²c-COFs。

圖1：亞胺到烯烴轉化策略

圖2：晶體和化學結構

圖3：單晶結構表征

圖4：單晶的ESR和SQUID表征

綜上，該論文團隊報道了一種通過亞胺到烯烴轉化策略合成單晶sp²-碳連接的共價有機框架（sc-sp²c-COFs）的方法。

研究成功制備了具有高結晶度和顯著室溫鐵磁性的單晶sc-sp²c-COFs，有望應用于自旋電子器件，如自旋晶體管、自旋存儲器等，推動自旋電子學的發展，也為開發新型磁性功能材料提供了新的選擇。此外，COFs的多孔結構和可調控的化學性質使其在催化和分離領域具有廣泛的應用前景，sc-sp²c-COFs的優異化學穩定性和結構特性可能進一步拓展其在這些領域的應用范圍。

Li, S., Xu, S., Lin, E.et al.?Synthesis of single-crystalline?sp²-carbon-linked covalent organic frameworks through imine-to-olefin transformation.?Nat. Chem.?(2025).