近日，东华大学廖耀祖、杨鹏飞团队的AMR述评文章“Buchwald–Hartwig Cross-Coupling for Design of Conjugated Microporous Polymers: Strategies, Challenges, and Applications”在线发表。该文系统总结了BH交叉偶联合成共轭微孔聚合物（CMPs）的研究进展，重点论述单体选择、反应条件、结构调控、宏观形貌控制及其在能源与环境领域的应用，并前瞻性地提出了该领域当前面临的挑战与未来发展方向。述评指出，BH交叉偶联凭借反应条件温和、产率高、结构多样性精确可控等优势，为构筑结构可调、高性能CMPs提供了新策略，有望在宏观器件集成及可持续能源与环境技术中发挥重要作用。

关键词：Buchwald-Hartwig交叉偶联、共轭微孔聚合物、多孔有机聚合物、C-N偶联、能源与环境可持续

过去十年，Buchwald–Hartwig交叉偶联在共轭微孔聚合物领域的发展，不仅见证了一种合成方法的演进，更记录了我们课题组从基础分子设计迈向宏观器件集成、致力于可持续能源与环境技术的探索历程--BH偶联发展的十年，也是课题组发展的十年。

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文章内容简介

自2007年Lee和Cooper首次报道共轭微孔聚合物（CMPs）以来，这类多孔材料因其精确可调的孔结构、刚性骨架、优异的化学稳定性及电子性能而受到广泛关注。研究者已开发了多种CMPs的合成策略，包括Yamamoto、Suzuki、Sonogashira–Hagihara等偶联反应。然而，这些C–C偶联反应往往限制了CMPs的结构多样性与高性能，这主要是由于炔基、芳基等构建单元所施加的刚性线性或平面几何构型，制约了同时对孔道结构和电子性能的调控。尽管C–C偶联反应是合成CMPs最常用的策略之一，但其苛刻的反应条件也限制了CMPs在实际应用中的发展。Buchwald–Hartwig（BH）交叉偶联为突破上述瓶颈提供了全新路径。该策略以C–N键替代C–C键，其可旋转的C–N键和非线性的胺类单体有助于构筑多样化的三维网络结构。其次，氮杂原子的引入可有效调控电荷密度，作为氧化还原反应的电化学活性中心，并易于功能化修饰。此外，该反应条件温和，聚合过程易于控制。这些优势使BH交叉偶联成为高性能CMPs设计与合成的理想策略。东华大学廖耀祖教授课题组多年来一直致力于CMPs的合成研究，特别是基于BH交叉偶联的合成路线。2014年，首次通过BH交叉偶联构建了聚三苯胺CMPs，这是BH交叉偶联合成CMPs的首次报道。此后，通过BH交叉偶联，合成了多种具有创新性宏观结构设计的CMPs，包括多孔膜、多孔纤维和多孔碳材料，并在吸附、催化、能源存储和海水淡化等领域展现出增强的性能。

AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

传统共轭微孔聚合物的合成主要依赖C–C偶联反应，但这些方法往往条件苛刻、结构调控能力有限。我们一直在想，能不能找到一种更温和、更“善解人意”的策略？Buchwald–Hartwig交叉偶联给了我们答案——通过形成C–N键，不仅能引入氮杂原子调控电子结构，还能让分子骨架“活”起来、动起来。2014年我们第一次用这个方法做出聚三苯胺CMP时，就觉得这条路值得一直走下去。说到底，初心很简单：想用一种更聪明的方法，做出性能更好的材料，让它们真正能用在能源和环境这些大家关心的实际应用上。

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AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

我们认为该领域将在三个方向迎来重要突破：一是催化体系的低成本化与可持续化，通过开发基于铁、钴、镍等地球丰产金属的高效催化体系替代昂贵的钯催化剂，在保持反应活性和结构控制能力的前提下降低成本，为工业化应用铺平道路。二是机器学习驱动的材料逆向设计，利用十余年积累的丰富数据建立“结构-性能”关系模型，实现根据目标性能反向预测最优分子结构，突破传统试错法的效率瓶颈；三是多功能杂化体系的构建，将BH衍生的CMPs与碳纳米管、石墨烯、金属有机框架等先进材料复合，通过协同效应实现“1+1>2”的性能提升，从而弥合材料本征性能与实际器件需求之间的鸿沟，推动CMPs从基础研究走向实际应用。

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AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

回过头看这十来年，最深的感受就是：认准一件事，慢慢做下去，时间会给你答案。从最初的粉末，到能纺成膜、拉成丝，最后还能做成碳材料用在电池里——每一步都没有捷径，就是反复试、慢慢磨。未来，我们希望看到BH交叉偶联合成的CMPs材料真正走出实验室，从实验台走向货架，变成人们日常生活中的高质量产品。

作者团队简介

廖耀祖，东华大学材料学院执行院长，先进纤维材料全国重点实验室学科带头人，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，国家重点研发计划项目首席科学家。主持承担科技部重点专项、国家自然科学基金、欧盟第七框架、上海市关键技术研发计划、上海市基础研究定向计划、华为企业合作等项目。长期从事功能纤维与多孔聚合物材料研究，攻克了电子到离子以及分子跨尺度高选择性吸收与输运功能调控难题，成果应用于高值高放物质捕集、电容电池储能以及电磁隐身等关键领域。在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.等国际知名期刊发表SCI论文153篇，授权发明专利42项。作为第一完成人获中国材料研究学会科学技术奖基础研究奖一等奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术奖、上海青年科技英才和上海市青年五四奖章等；作为第一、二完成人获国家级教学成果二等奖、上海市级教学成果特等奖、中国纺织工业联合会教学成果特等奖等。兼任国务院学位办材料学科评议组副秘书长、中国科协先进材料联合体青年委员、中国材料研究学会纤维材料改性与复合技术分会秘书长、中国材料研究学会标准认证工作委员会委员、中国纺织工业联合会智能纤维技术与制品重点实验室副主任、Adv. Fiber Mater.及Hybrid Adv.等多个SCI期刊编委。

杨鹏飞，东华大学材料学院青年研究员/硕导，英国伦敦大学学院化学工程博士毕业。2017年、2020年天津大学本科和硕士毕业，2020年进入伦敦大学学院化学工程系攻读博士学位，师从Yang Lan教授，2025年加入东华大学材料科学与工程学院廖耀祖课题组，担任青年研究员。在质子交换膜、气体分离膜、有机纳滤膜等领域取得一系列成果。近五年发表SCI论文18篇，其中以第一作者/通讯作者身份在J. Membr. Sci.、Nano Res.、J. Mater. Chem. A等期刊发表SCI论文7篇。

吕伟，东华大学材料学院副研究员、博导。西安交通大学-英国布里斯托大学联合培养博士，西安交通大学博士后，捷克科学院大分子化学研究所访问学者。主持国家自然科学基金面上项目、青年项目和校企合作项目等。主要从事可穿戴功能纤维材料、共轭高分子多孔材料研究。迄今，以第一/通讯作者在Adv. Energy Mater.、ACS Nano、Chem. Sci.等国际重要期刊发表SCI论文20余篇。曾获中国材料研究学会科学技术奖一等奖（排名第3）。

孟楠，东华大学副研究员/博导，英国伦敦玛丽女王大学博士，入选中国科协青年人才托举工程、上海市海外领军/浦江/晨光人才计划。主要研究方向是功能纳米材料、共轭聚合物及其能源转换与电子器件应用，覆盖有机半导体、热电材料、光热转换材料及柔性电子器件等多个交叉领域。主持国家自然科学基金青年项目1项及上海市科委、教委基金3项，在Adv. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Funct. Mater.、Prog. Mater. Sci.等期刊发表SCI论文30余篇。

侯心如，2022年获南安普顿大学学士学位，2023年获伦敦艺术大学硕士学位。于2025年9月在东华大学材料科学与工程学院攻读博士研究生，师从廖耀祖教授。主要研究方向是用于热管理的海水淡化和光热纺织品。

张昕泽宇，2022年获东华大学学士学位，于2024年3月在东华大学材料科学与工程学院攻读博士研究生，师从廖耀祖教授。主要研究方向是设计和制备多孔有机聚合物用于电化学储能。

扫码阅读廖耀祖、杨鹏飞团队的精彩Account文章：

Buchwald–Hartwig Cross-Coupling for Design of Conjugated Microporous Polymers: Strategies, Challenges, and Applications 

Xinru Hou, Xinzeyu Zhang, Pengfei Yang*, Wei Lyu, Nan Meng, Yaozu Liao*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00353

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