在过去的二十年中，多孔材料如沸石和有机金属框架由于其具有高孔隙率而引起了科学界的关注。

近年来，出现了一类新的有机材料——氢键有机骨架（HOFs）。这些晶体材料依赖于两种非共价相互作用——垂直堆叠的π-π相互作用以及保证分子单元之间的有序和稳定性的氢键相互作用。

图1 由氢分子构成的多孔框架的示意图。溶剂分子从材料的孔中除去后，框架也必须是稳定存在的。（图片：Osaka大学）

获得有序稳定的晶体结构主要靠这类弱相互作用结合组装特定设计的分子单元，从而能够开发具有可调节的化学和物理性质的材料。

日本Osaka大学和西班牙CasTiLa大学之间的国际合作开发出了稳定的单晶多孔氢键有机骨架（HOFs）。HOFs具有热稳定性和耐化学腐蚀性并且具有大的表面积和荧光特性。虽然这些框架由弱氢键羧酸组成，但他们通过一维堆叠分子和氢键制造了稳定的刚性框架。

图2 六氮杂苯亚甲基（HAT） 衍生物CPHAT和CBPHAT构成 HOFs的晶体结构（图片由Osaka大学提供）

他们的研究结果发表在德国化学类期刊ANGEW（Angewandte Chemie International Edition，关键词：构建热稳定性材料的方法，单晶，大表面积氢键有机骨架”）。

这种多孔材料具有1288 m2/g的高比表面积，并且在温度高达305°C的情况下可以保持其框架结构。此外，该多孔材料即使浸泡在醇或浓盐酸中并且在加热的条件下，它的氢键也不会裂开。与传统材料相比，这种多孔材料具有相当稳定的氢键有机骨架结构。

按设计系统地形成HOFs是非常困难的，因此急切需要建立HOFs构建方法。该研究小组发现，以具有六个羧基苯基的六氮杂苯亚甲基（HAT）衍生物为原料可以合成具有高耐热性的HOFs。他们认为具有羧基基团的HAT衍生物是一种很有前途的分子构建块，用于构建具有大表面积的稳定HOFs。

图3 通过羧基之间的氢键（1），三维（3D）网络（2），网络互穿（3）和形状扭曲对接HAT（4），对刚性和稳定的HOF（CPHAT-1A）进行解释。（图片：Osaka大学）

将具有羧基联苯基团的HAT衍生物（CBPHAT）作为原材料，通过合成和结晶过程生成具有连接相邻原子能力的HAT衍生物，并且这类衍生物获得具有大表面积的热和化学稳定的HOFs，证明了HAT框架的有效性。

Osaka大学的首席作者Ichiro Hisaki说：“在这项研究中，我们发现HAT衍生物通过羧基之间的氢键、三维（3D）网络、网络相互渗透以及扭曲的HAT的形状贴合对接形成刚性和稳定的HOFs。”