贵州大学 JACS:极高比表面积的单晶 3D 共价有机框架用于气体储存

文摘   2024-10-13 00:00   北京  

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第一作者:贵州大学 北京科技大学 Baoqiu Yu

通讯作者:北京科技大学 王海龙 章跃标  姜建壮

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c09680


本文要点

1. 单晶共价有机框架(COFs)对于了解其孔隙化学和功能非常有用。

2. 本文制备了两种 50-100 μm 的单晶三维 (3D) COFs:TAM-TFPB-COF 和 TAPB-TFS-COF,它们是由 4,4′,4″,4‴-甲烷基四苯胺 (TAM) 与 3,3′,5、 5′-四(4-甲酰基苯基)二甲酰亚胺(TFPB)和 3,3′,5,5′-四(4-氨基苯基)二甲酰亚胺(TAPB)与 4,4′,4″,4‴-硅烷四乙基四苯甲醛(TFS)在乙酸催化下分别在 1,4- 二氧六环中反应。

3. 单晶三维电子衍射以原子分辨率揭示了 TAM-TFPB-COF 的三重互穿二乙网络,而同步辐射单晶 X 射线衍射和同步辐射粉末 X 射线衍射及 Le Bail 精炼揭示了 TAPB-TFS-COF 的等静态结构。

4. 在 77 K 条件下进行的氮吸附测量显示,这两种活化 COF 都具有微孔性质,它们的比表面积分别高达 3533 和 4107 m2/g,是迄今为止亚胺键合 COFs 中比表面积最高的一种。这使得活化的 

5. COFs在 25 °C 和 200 bar 条件下,甲烷吸收能力高达 28.9 wt %(570 cm3/g),是迄今为止所有 COFs中最高的。

6. 这项工作不仅展示了两种具有特殊微孔的单晶 COFs的结构,还提供了一个原子工程学的实例,以调整用于甲烷存储的永久性微孔结构。


图文导读

图形摘要


方案1. 通过调制策略组装单晶TAM-TFPB-COF和TAPB-TFS-COF的示意图。


图 1. (a) 单晶 TAM-TFPB-COF 的光学显微镜图像。(b) 单晶 TAM-TFPB-COF 的 SEM 图像。(c) TAM-TFPB-COF 的同步加速器 PXRD。(hk0) (d)、(h0l) (e) 和 (0kl) (f) 从单晶 TAM-TFPB-COF 的 3D ED 数据的重建倒易晶格中切下的切片。(g) TAM-TFPB-COF 中的 TAM 和 TFPB 部分(简化为四连接节点)。(h) 单个 dia-b 网络。(i) 3 重互穿 dia-b 拓扑网络。


图 2. 活化的 TAM-TFPB-COF (a) 和 TAPB-TFS-COF (b) 在 77 K 时的 N2 吸附等温线。活化的 TAM-TFPB-COF (c) 和 TAPB-TFS-COF (d) 的孔径分布和累积孔体积。TAM-TFPB-COF (e) 和 TAPB-TFS-COF (f) 的 CO2 和 CH4 吸附等温线。


图 3. 活化的 TAM-TFPB-COF (a) 和 TAPB-TFS-COF (b) 分别在 273、283、298 和 308 K 下的高压总甲烷吸收量。实心圆和空心圆分别代表吸附和解吸分支。


文章链接:https://doi.org/10.1021/jacs.4c09680


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