為更好與國際化學發展趨勢接軌、促進中國化學研究的發展，國家自然科學基金委化學科學部將傳統的無機化學、有機化學、物理化學、高分子科學、分析化學等學科的資助方向調整為：合成化學、催化與表界面化學、化學理論與機制、化學測量學、材料與能源化學、環境化學、化學生物學、化學工程與工業化學。由此可以看出，多學科之間的交叉融合的加強已成必然趨勢。以多學科交叉融合作為創新源泉、引導多角度看問題、多方面思考問題的轉變，成為化學學科取得突破性進展的重要議題。
共價有機框架材料（COFs）作為一類多孔有機材料，是有機功能材料領域的新興研究方向。它是一類完全由輕質元素（C、H、O、N等）通過共價鍵連接而成的二維或三維有機多孔材料。與傳統無機多孔材料相比，COFs具有諸多優點：（1）合成過程簡單：材料通常由簡單的縮合反應制備。如硼酸酯化反應、硼硅酯化反應、硼酸酐化反應、亞胺反應、腈基環化反應和腙反應等。制備過程不需特殊催化劑，反應只需要簡單加熱或室溫條件下就能完成；（2）含周期性多孔結構，比表面積大：COFs的比表面積一般在1000 m2·g-1左右，部分甚至高達4000 m2·g-1；（3）密度較小：COFs結構中只含有非金屬元素，晶體密度遠低于一般無機材料和MOFs；（4）結構和功能的可調控性強：改變單體即可控制其骨架結構，也可通過在邊臂引入特殊官能團，制備具有特殊功能的COFs；（5）穩定性好：COFs具有可無限延展的大π-共軛體系，熱穩定性普遍較好（熱解溫度≥500 ℃）。COFs對酸、堿或輻照條件的耐受性較好，可以應用于特殊環境。
核能作為環境友好的潔凈能源，已成為未來能源不可替代的重要組成部分。然而，核電產業的迅速發展也產生了大量的乏燃料。乏燃料中含有大量的U、Pu、次錒系元素和裂變產物，且整個化學處理過程在強輻照環境下進行，處理難度極大，對人類和環境構成了潛在威脅。因此，乏燃料后處理已成為最復雜和最具挑戰性的化學處理過程之一。近年來，雖然錒系離子的吸附已經取得了一定的進展，但仍存在一些問題：（1）吸附選擇性不高；（2）吸附材料制備程序復雜；（3）吸附材料穩定性較差；（4）強酸條件下吸附材料失去吸附性能。發展高效、穩定的吸附材料，解決高放廢液強酸條件下的錒系離子去除難的問題，是當今乏燃料后處理急需解決的關鍵技術難題之一。
近期，我們課題組從學科交叉融合思路出發，采用多步合成法實現了磷酸酯功能化單體雙酰肼的合成；并在溶劑熱條件下，成功構筑了兩種磷酸酯功能化COFs：COF-IHEP1和COF-IHEP2，產率高達90%。COF-IHEP1在強酸、強堿和強輻照條件下均表現出良好的結構穩定性。同時實現了強酸條件下U、Pu的高容量吸附。以上工作已被中國化學會旗艦期刊CCS Chemistry接收（YU J P, YUAN L Y, WANG S, et al. Phosphonate decorated covalent organic frameworks for actinide extraction: A breakthrough under highly acidic conditions[J].CCS Chem,2019,accepted.）。
學科融合既是學科發展的趨勢，也是重大創新的重要途徑。只有學科交叉融合，相互滲透，才有可能解決更加復雜的科學問題和關鍵技術難題。乏燃料后處理中強酸條件下U、Pu吸附分離一直是無法解決的科學難題。本課題組首先采用有機合成的方法創新性的將功能基團磷酸酯嫁接到分子單體中，然后通過溶劑熱法制備出有機功能材料，并將其應用于核燃料循環的后處理。最終實現了功能材料性能在強酸條件下吸附分離錒系離子的重大突破。該研究涉及到有機化學、材料化學、核化學、能源化學和環境化學等多個學科領域的交叉融合。依靠單一學科知識解決復雜科學問題的思路已不能適應時代的發展。
于吉攀（1985-），男，博士，中國科學院高能物理研究所助理研究員，北京市翱翔計劃導師，《合成化學》青年編委候選人。2016年畢業于清華大學化學系，同年加入高能物理所核能放射化學研究團隊，主要從事核能放射化學方面的研究工作，包括有機功能材料化學和錒系金屬有機化學、錒系光催化有機轉化與機理等。在化學領域權威雜志如CCS Chem, Green Chem, Chem Eu J, Adv Synth Catal等發表高水平研究論文十余篇。目前主持和參與國家自然科學基金及重點基金5項，申請國內專利2項。
編輯：雷小編
