Nat Commun:2.5 维共价有机骨架

文摘   2025-01-06 19:19   福建  

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原文链接:10.1038/s41467-024-55729-2

具有微孔的共价键合晶体物质具有广泛的应用。共价有机骨架 (COF) 是此类物质的代表。到目前为止,它们被分为二维 (2D) 和三维 (3D) COFD-COF具有可用于广泛用途的平面形状,但获得尺寸大于 10 μm 的良好 2D-COF 晶体具有相当大的挑战性,而生产具有高结晶度和更大尺寸的 3D-COF 则更容易。

在这里,作者展示了具有 2.5 (2.5D) 骨架的 COF,它们在微观上由 3D 键构成,但在宏观上具有 2D 平面形状。本文所示的 2.5D-COF 实现了 0.1 mm 以上的大单晶尺寸和超高密度一级胺,这些一级胺规则地分布在共价键合网络平面上并垂直指向共价键合网络平面。由于后一种性质,COF 有望成为同时实现高 CO2/N2 选择性和低吸附热(这两者通常是互相排斥的关系)的 CO2 吸附剂。2.5D-COF 有望拓宽共价键合微孔晶体体系的前沿和应用。相关研究成果发表于《Nature Communications》上

图文解析

1 | 所开发的COF的形成和基本特征。

2 | TK-COF-4 -5 的结构。a 通过 SCXRD 测量确定的晶体结构。红色和绿色网格显示两个共价网状网格,它们横向相互渗透形成一层。它们下面的层用灰色表示 C、浅粉色表示 H、蓝色表示 N。每个面板都配有正交箭头以指示视图方向,以及相应的晶体视图。右下方的面板放大了一级胺与其相邻亚胺之间的氢键。bc HR-TEM 图像和与通过 SCXRD 测量确定的结构模型的比较。浅蓝色(红色)箭头表示图像中的亮(暗)位置。

3 | TK-COF-4 -5 的基本实用特性。a 在空气和 N2 中以 5 °C min−1 的加热速率获得的 TGA 曲线。b 使用相同的 TGA 设备和加热速率分别在空气和 N2 中加热到 200 300 °C 后样品的 PXRD 图案。c 77 K 下的 N2 吸附-解吸等温线。d 273 298 K 下的 N2 CO2 吸附-解吸等温线。e 273 298 K 下为 CO2:N2 = 15:85 的混合气体计算的 IAST CO2选择性;见方法。f 根据 273285.5 298 K 下的吸附等温线的温度依赖性确定的 CO2 等量吸附热;见方法。g 比较了 TK-COF-4/-5 100 kPa 15:85 比例的 IAST CO2/N2选择性 (SCN(15:85)) Qst(av) 的关系,以及之前报道的在 100 kPa 1 bar 下具有 CO2 吸附特性的 COF SCN(15:85) Qst 的关系。

4 | 样品制备程序。制备程序包括以下七个步骤。步骤 1:称量 TFPT TFPB 放入玻璃小瓶中。步骤 2:将邻二氯苯 (o-DCB) 添加到小瓶中。步骤 3:超声处理以分散 TFPT TFPB。步骤 4:添加乙酸 (AcOH)。步骤 5:添加调节剂 (苯胺或间甲苯胺)。步骤 6:超声处理以使混合物均质化。步骤 7:将 TAM (50 mM) 1,4-二氧六环溶液添加到小瓶中。混合物快速均质后,盖上小瓶并储存在 22 °C 的培养箱中。有关更多详细信息,请参阅方法和表 1

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