刘文睿
武汉大学汪成/桂波课题组研究论文:一种具有二维片层穿插结构的氟功能化三维共价有机框架
2024-6-11 18:51
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      共价有机框架(COF)是一类由分子前体通过共价键连接而成的新型晶态有机多孔聚合物,在催化、吸附、传感、光电器件、能量储存等领域具有广泛应用。其中,三维COF具有比表面积大、孔道贯穿、位点开放等特点,在诸多领域极具潜力。然而,受限于三维COF的合成和结构解析难度,其结构多样性发展非常缓慢,极大限制了其应用研究。根据框架化学原理,通过二维片层穿插也可构筑三维COF,进而丰富其结构多样性。但目前此类三维COF仅几例报道,相关策略的普适性和孔道环境修饰对这类COF性能的影响尚不清楚。

       基于上述背景,武汉大学化学与分子科学学院汪成/桂波课题组基于前期的研究策略J. Am. Chem. Soc. 2023145, 18737)进一步设计合成了垂直方向具有大位阻蒽基团的含氟前体(PADC-F),利用该前体与PADA分子进行缩合(图1),成功合成了一例由二维片层穿插构筑的荧光三维COF(图2),验证了前期所提出由二维片层穿插构筑三维COF的策略普适性。

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图1 由前体PADC-F和PADA构筑3D-An-COF-F

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图2 (a) 单层二维sql片层;(b) 两层二维sql片层的穿插;(c) 两个方向的二维sql片层的穿插;(d) 氟原子暴露于b方向的孔道中;(e) 3D-An-COF-F的孔道环境

      此外,结构分析表明,3D-An-COF-F中的F原子充分暴露于孔道中,可潜在用于二氧化碳的高效吸附。气体吸附实验表明,相较于不含氟原子的3D-An-COF,3D-An-COF-F具有更高的二氧化碳吸附性能和CO2/N2选择性(图3)。

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图3 3D-An-COF-F与3D-An-COF的CO2和N2吸附曲线,(a) 0 °C,(d) 25 °C;3D-An-COF-F与3D-An-COF分别在0.01和0.1 MPa下CO2吸附量对比,(b) 0 °C,(e) 25 °C;3D-An-COF-F与3D-An-COF的CO2/N2选择性,(c) 0 °C,(f) 25 °C

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       该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science肖立邦、吴子涵和辛俊洁为该论文的共同第一作者,桂波副研究员和汪成教授为通讯作者

原文信息:

A Fluorine-Functionalized 3D Covalent Organic Framework with Entangled 2D Layers

Xiao, L. B.; Wu, Z. H.; Xin, J. J.; Cheng, Y. P.; Gui, B.; Sun, J. L.; Wang, C.

Chinese J. Polym. Sci.  

DOI: 10.1007/s10118-024-3133-5

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