先进材料研究中心与中科院上海高等研究院以及华东理工大学合作研究成果“Construction of Covalent Organic Frameworks with Crown Ether Struts”发表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上,中心青年教师翟黎鹏为通讯作者,文章的第一作者是华东理工大学的博士后安书浩,共同通讯作者是中科院上海高等研究院徐庆副研究员以及华东理工大学刘洪来教授。
共价有机框架材料(COFs)是一类具有结晶性的有机多孔材料。和其他的多孔材料相比,COFs具有结晶性好,化学以及热稳定性佳以及比表面积大等优点。COFs材料具有非常优秀的结构可设计性,可以通过对结构单体的选择来构筑具有不同孔道结构,不同功能的COFs材料。这些COFs材料可以应用在非均相催化、气体吸附、光催化等领域。在COFs材料的合成过程中,单体通常具有刚性结构。合成具有柔性骨架的COFs材料一直是一个难点。
冠醚作为第一代超分子主体化合物,自上世纪60年代报道以来在配位化学和超分子化学领域被广泛研究。冠醚分子种类众多,共性是具有可包裹客体分子的空腔环,根据环大小不同,能与不同的金属离子、阴(阳)离子形成稳定的络合物,且伴有显著的亲和力和选择性,因而使得冠醚类化合物在吸附与分离领域具有应用潜力。最近,冠醚基团以侧链的方式被引入到COFs材料中,但其柔性的特点使得COFs材料具有较低的表面积以及结晶性。
与之前其他冠醚类的COFs材料不同,Py-B18C6-COF和Py-B24C8-COF材料具有高结晶性、高比表面积(1356 m2g-1和862 m2g-1)以及优异的热稳定性。此外,两种冠醚COFs材料优异的酸碱和化学稳定性也为水处理应用奠定了良好的基础。由于冠醚COFs开放的一维孔道以及高密度的吸附位点,赋予该类材料为优良的固体吸附剂。吸附实验表明,Py-B18C6-COF材料对K+具有最优的亲和力,其室温下的饱和吸附容量达244.21 mg g-1,冠醚空腔较大的Py-B24C8-COF则对Cs+具有最优的亲和力,其室温下的饱和吸附容量达223.05 mg g-1。