Synthesis of micrometre-thick oriented 2D covalent organic framework films by a kinetic polymerization pathway

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作者
Luca Cusin,Piotr Cieciórski,Samuel Van Gele,Fabian Heck,Simon Krause,Paweł W. Majewski,Bettina V. Lotsch,Wojciech Danowski,Paolo Samorı́
出处
期刊:Nature Synthesis [Springer Nature]
卷期号:4 (5): 632-641 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s44160-025-00741-7
摘要

Abstract Despite advances in the field of 2D polymerization, the synthesis of high-quality, micrometre-thick films of oriented 2D covalent organic frameworks (COFs) remains challenging. Conventional approaches focusing on thermodynamic control of the polymerization pathway face a detrimental trade-off between orientation and thickness. Here we describe a straightforward method for preparing imine-linked 2D COF films with a near-perfect face-on orientation by leveraging kinetically trapped amorphous 3D covalent adaptable network (CAN) intermediates. These off-pathway intermediates are generated as coatings through solution casting, during which the CANs spontaneously align to relax tensile stresses induced by solvent evaporation. A subsequent lift-off process, followed by an amorphous-to-crystalline transformation under solvothermal conditions, converts the 3D-oriented polymer networks into thermodynamically stable, porous and free-standing 2D COF films. This versatile kinetic trapping strategy is suitable for a range of building blocks and network topologies, constituting a convenient synthetic tool for accessing high-quality, robust, large-area 2D COF films with a strongly aligned polycrystalline structure.
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