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Angew. Chem. :通过缩聚反应制备三维结晶性共价三嗪框架

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共价三嗪框架(Covalent Triazine Frameworks, CTFs)是一类具有良好化学稳定性和热稳定性的有机多孔材料。其骨架中含有丰富的氮含量,具有杂原子效应,在气体吸附与分离、多相催化、光电等领域具有巨大的应用前景。然而,也正是由于三嗪键优异的化学稳定性,不利于CTFs合成过程中键的形成和解离,从而降低材料内部的长程有序度,进而影响物质或电子的转移过程。自2008年Arne Thomas首次报道CTF以来,已发展了多种CTFs合成策略(ZnCl2高温离子热法,CF3SO3H催化法,P2O5高温催化法,醛脒缩合法),但时至今日,CTFs的合成仍然局限于二维结构,对于三维CTFs的研究涉足有限,主要原因是结晶性3D CTFs的设计合成非常具有挑战性。

近日,华中科技大学谭必恩教授研究团队在前期工作的基础上,采用开放体系下的醛脒缩合反应,通过具有Td对称性的四苯基甲烷和四苯基金刚烷结构的醛和脒为原料,在温和条件下合成了两种结晶性3D CTFs,即3D CTF-TPM和3D CTF-TPA。通过PXRD以及理论模拟证实3D CTFs均为ctn构型。同时,测试结果表明其具有高比表面积(~2000 m2 g-1)、CO2吸附性能(23.61 wt.%)优异,具有良好的热稳定性和化学稳定性。

合成过程中,溶剂的选择、后处理方法对材料结晶性有重要影响。通过优化溶剂种类及其配比,发现采用混合溶剂DMSSO/o-DCB(V/V=1/2),制备得到的3D CTFs结晶性最好。同时,相较于冷冻干燥法和溶剂置换法,经过超临界CO2处理过的产物能够较好地保持构型,得到最好的结晶。


作者认为制备结晶3D CTFs过程的关键是通过可逆/不可逆的串联反应实现的,前期通过可逆反应能够形成一定的有序结构,而后续不可逆的关环和脱氢反应赋予CTFs优异的稳定性。这是首个关于结晶3D CTFs的报道,该工作拓展了CTFs材料的结构多样性,同时也为扩大CTF材料的应用范围提供了新的合成策略和结构基础。

论文信息:

Three-Dimensional Crystalline Covalent Triazine Frameworks via a Polycondensation Approach

Ruixue Sun, Xiaoyan Wang, Xuepeng Wang*, Bien Tan*


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202117668


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