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Angew. Chem. : 離子液體加速共價有機框架生長與堆積結構調控2024-10-16
二維共價有機框架(2D COFs)的堆積結構不僅影響其孔隙結構、物理化學性質,且對 COFs 的功能應用至關重要。迄今為止,如何實現簡單、高效和精準的堆積結構調控仍然是一個重大的挑戰。

近日,中南大學喻桂朋、唐俊濤研究團隊和斯德哥爾摩大學的袁家寅教授合作,提出了一種“鑰匙-圓柱鎖模擬”(key-cylinder lock mimic)調控策略,利用離子液體(ILs)的限域互鎖效應成功實現2D COFs堆積結構的精準調控。以離子液體為介質,在溫和條件下快速制取了7個具有不同拓撲結構?(hcb, kgm, sql和bex)和錯位堆積結構的2D COFs。

 

 

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作者采用PXRD,?13C SSNMR, HR-TEM, GIWAXS 和孔徑分析圖譜等方法,對所制備的系列2D COFs 的堆積結構進行了表征分析,證明了離子液體作為溶劑成功制備得到了錯位堆積的 COFs。

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離子液體“鑰匙-圓柱鎖模擬”策略核心思想包括:1) 所選離子液體BmimTf2N中的對稱雙極性陰離子(Tf2N)與COF骨架之間存在特異性相互作用;2) 離子液體的限域互鎖效應(CIE)取決于離子液體的陽離子的分子體積和陰離子的雙極性對稱官能團;3) 離子液體限域互鎖效應是調控COF堆積行為的關鍵,ILs的雙極性對稱陰離子同COF產生層間互鎖,分子大小匹配的陽離子進入COF的A層和C層之間為COF的B層滑移提供空間位阻。

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通過上述策略制備的AB堆積的2D COFs膜,相對于AA 堆積膜而言因為其孔徑更小,在分離應用(包括氣體分離和染料去除)中具有更好的篩分效果。例如AB堆積的 COF-TAPT-Tf@BmimTf2N-Mem在H2/CH4分離中,理想分離因子比 AA堆積的 COF-TAPT-Tf@solv-Mem 高了7倍。

該工作對調控2D COFs堆積結構以及分析COF堆積模式與其功能特性之間的關系提供了具有重要參考價值的研究成果。

文信息

Ionic Liquid-Accelerated Growth of Covalent Organic Frameworks with Tunable Layer-Stacking

Dr. Lifeng Deng,?Sihao Zhu,?Qingyang Zou,?Dr. Qiujian Xie,?Prof. Guangjie Song,?Prof. Chunyue Pan,?Prof. Baosheng Wei,?Prof. Zhehao Huang,?Prof. Tianren Liu,?Prof. Juntao Tang,?Prof. Jiayin Yuan,?Prof. Guipeng Yu

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202408453

 

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