2026年3月16日，湘潭大学阳梅/刘备联合北京化工大学邱介山教授在Matter期刊上发表了题为“Molecular tautomerism-enabled isomerization of COFs for aqueous supercapacitors”的最新成果。该研究工作为从分子设计层面定向制备性能差异化的同源异构COFs材料提供了新思路，同时为该类材料在其他领域的拓展应用奠定了理论与技术支撑。论文第一作者为陈晓。通讯单位为湘潭大学。

共价有机框架（COFs）凭借优异的物理化学稳定性、灵活的分子可设计性及可调谐的多孔结构特征，在能源存储与转换领域展现出良好的应用潜力。然而，通过精准调控分子构型实现材料性能的定向优化，仍是制约该类材料突破应用瓶颈的重大挑战。湘潭大学阳梅/刘备联合北京化工大学邱介山教授提出基于分子互变异构的创新调控策略，通过诱导三聚氰酸单体在酮式与醇式构型间的转换，实现同源异构体（Ton-COF与Tol-COF）的结构差异化构建，进而赋予二者明确的功能优势：Ton-COF的高比电容与能量密度、Tol-COF的优异倍率性能与循环稳定性，可定向匹配超级电容器不同应用场景的需求。

通过改变合成过程中使用溶剂的介电常数，可以获得两种同源异构（化学组成相同，分子结构不同）的三嗪基COFs（Ton-COF和Tol-COF）。因Ton-COF富含对氧化还原活性电解质响应性更强的活性位点（C=O基团和三嗪基团），所组装的KI增强型超级电容器在1 A g⁻¹电流下实现了5378 F g⁻¹的高比电容和478 Wh kg⁻¹的能量密度；而具有分级多孔结构的Tol-COF因具有高效的离子/电子传输通道而表现出更高的倍率性能和循环稳定性。该分子互变异构机制可视为精准调控COFs结构-性能关系的“功能转换开关”，为从分子设计层面定向制备性能差异化的同源异构COFs材料提供了新思路，同时为该类材料在其他领域的拓展应用奠定了理论与技术支撑。

图1：两种同源COFs的合成路线及结构表征。

图2：两种同源COFs的微观结构/形貌表征。

图3：两种同源COFs的的电化学性能。

图4：两种同源COFs吸附多碘离子行为的DFT计算。

图5：两种同源COFs的电化学工作机理。

（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102714