英文原题:Linking Nitrogen-Rich Organic Cages into Isoreticular Covalent Organic Frameworks for Enhancing Iodine Adsorption Capability
通讯作者:李培洲,山东大学;赵彦利,新加坡南洋理工大学
作者:Ke Cheng (程轲), Hailian Li (李海莲), Zuyong Li (李祖勇), Pei-Zhou Li (李培洲), Yanli Zhao (赵彦利)
共价有机框架(COFs)是一类基于共价键连接的结晶性有机多孔聚合物。有机组分多样性赋予了COFs丰富多彩的结构。近年来,越来越多的复杂有机组分被用作COFs构建的起始材料。有机分子笼作为一类具有独特中空结构的分子在超分子化学领域发挥着重要作用,将有机分子笼作为原料通过有机结构模块连接,成为构筑新型网状框架材料的可行方案。
图1. Cage-based COFs的合成和结构示意图
文章亮点
近日,山东大学李培洲教授和新加坡南洋理工大学赵彦利教授课题组在ACS Mater. Lett.上发表了将富氮基有机分子笼引入共价有机框架从而增强碘吸附性能的研究工作,为开发高效的碘吸附材料提供了思路。如图1所示,将富氮基有机分子笼与三种不同尺寸的二连接有机单体通过席夫碱缩合反应生成了三种具有相同网状结构的COFs(即Cage-IRCOF-1, Cage-IRCOF-2, Cage-IRCOF-3)。FT-IR光谱和13C NMR谱测试验证了亚胺键的生成。SEM和HRTEM图像分析显示三种COFs为二维层状结构。粉末衍射表征和结构模拟确定了三种COFs的晶体结构均由其层状结构经ABC层状堆积而成。
图2. (a) Cage-based COFs的碘蒸汽吸附曲线, (b) Cage-based COFs和Cage-3NH2的饱和碘吸附量, (c) Cage-IRCOF-1对正己烷中碘的吸附等温线, (d) Cage-based COFs的碘释放曲线, (e) Cage-based COFs的碘释放效率, (f) Cage-based COFs的碘吸附循环性能。
气态碘吸附性能的研究结果(图2a)表明所构建的三种Cage-based COFs与Cage本身相比均表现出了增强的碘吸附性能。其中Cage-IRCOF-1表现出最高的碘吸附能力,其饱和吸附量相比于Cage本身提高了12倍之多(图2b)。液相吸附结果(图2c)分析表明Cage-IRCOF-1的Freundlich等温线模型是最适合对平衡等温线数据进行拟合的,表明其在溶液中对碘的吸附为多层吸附。碘释放测试结果(图2d,e)表明三种COFs均可以释放超过70%的碘。循环性测试结果(图2f)表明三种COFs对碘的吸脱附过程是部分可逆的。研究小组还通过FT-IR、XPS和拉曼光谱确认了吸附的碘与富氮基框架的相互作用。
总结/展望
研究小组将有机分子笼作为有机结构单元引入到COF材料的制备中,成功合成了三种具有相同网状结构的二维层状高结晶性COFs材料。结构表征证明合成的三种COFs均具有高结晶度、永久孔隙率和较高的物理化学稳定性。碘吸附性能测试表明相比于Cage单体,合成的COFs均表现出增强的碘吸附性能,尤其是Cage-IRCOF-1显著提高12倍之多。这项工作表明,将有机分子笼连接到晶体网状框架中是制备高效吸附剂的有效策略。
相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上,山东大学博士研究生程轲为文章第一作者,李培洲教授,赵彦利教授为通讯作者。
通讯作者信息:
李培洲
李培洲,山东大学化学与化工学院教授、博士生导师。研究主要集中于功能性多孔材料的设计合成和应用开发。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等专业学术期刊发表SCI论文120余篇,h指数41。
课题组网站:
扫描二维码阅读英文原文,或点此查看原文
ACS Mater. Lett. 2023, 5, 1546–1555
Publication Date: April 24, 2023
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00213
Copyright © 2023 American Chemical Society
如果篇首注明了授权来源,任何转载需获得来源方的许可!如果篇首未特别注明出处,本文版权属于 X-MOL ( x-mol.com ), 未经许可,谢绝转载!