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南开大学张振杰团队JACS:层间交联法合成准三维集成结构的COF材料

日期: 来源:能源学报收集编辑:能源学报
2D COF的性能下降甚至丧失主要是由于层间相互作用的破坏导致的结构变形。因此,需要开发有效的策略以抑制层间灵活性并保持2D COF的分层π-π堆叠。
基于此,南开大学张振杰团队/清华大学深圳研究院余矿聚乙二醇(PEG)或烷基链通过共价键锚定和连接制备交联COF(CCOF)。这些CCOF的自底向上制造是通过交联醛单体和三端氨基单体的缩合实现的。所有合成的CCOF都具有高结晶度和孔隙率,并且比典型的2D COF具有更强的结构鲁棒性,这意味着由于交联效应,它们不能在超声和研磨下剥落。此外,实验结果和蒙特卡洛分子动力学模拟揭示了PEG单元的交联模式。研究发现,所有CCOF都由垂直交叉层(层间)连接主导,使得它们形成准三维(准3D)结构(图1)。这项工作弥补了2D COF和3D COF之间的差距,并提供了一种提高COF层间稳定性的有效方法。。该论文以“Bottom-Up Synthesis of Covalent Organic Frameworks with Quasi-Three-Dimensional Integrated Architecture via Interlayer Cross-Linking”为题发表在JACS期刊上。
图1 CCOF的结构设计
CCOF的设计和合成
作者设计并合成了与不同长度的柔性PEG单元(OHPDA二聚体xPEG,x=2、3、4和5)连接的四羟基醛二聚体,作为与1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(TAPB)反应的交联单体,因此得到了一系列名为CCOF xPEG的交联COF。
图2 CCOF的合成路线
图3 CCOF的形貌研究
图4 CCOF xPEG模型的键合构型分布
图5 模拟的得出的COF材料的孔径分布
图6 CCOF-4PEG和COF-TAPB-PDA的稳定性
总结:本文开发的PEG或烷基单元的交联效应实现了从2D COFs到准3D COFs的转变,这有效地提高了COFs结构稳定性。
人物简介:张振杰,2006年和2009年于南开大学化学学院,获理学学士和硕士学位;2014年毕业于美国南佛罗里达大学化学系,获理学博士学位;2014-2016年加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学系博士后。2016年入职南开大学化学学院任独立课题组组长、研究员、博士生导师。共发表论文83篇,其中以通讯或第一作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等化学顶级期刊发表论文43篇。曾获得国家青年人才计划资助、天津市杰青、中国化学会首届菁青化学新锐奖、美国化学会Division of Inorganic Chemistry Young Investigator Award、国家优秀自费留学生奖学金等,并担任美国化学会Crystal Growth&Design杂志编辑。张振杰课题组聚焦“功能导向智能材料的合成”,发展了智能驱动、自愈、智能识别等多功能平台,创制了一系列自主研发的高性能晶态智能材料。

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