Photons, Excitons, and Electrons in Covalent Organic Frameworks

化学 激子 光子 电子 共价键 化学物理 原子物理学 光化学 纳米技术 核物理学 凝聚态物理 量子力学 物理 有机化学 材料科学
作者
Dominic Blätte,Frank Ortmann,Thomas Bein
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (47): 32161-32205 被引量:27
标识
DOI:10.1021/jacs.3c14833
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) are created by the condensation of molecular building blocks and nodes to form two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) crystalline frameworks. The diversity of molecular building blocks with different properties and functionalities and the large number of possible framework topologies open a vast space of possible well-defined porous architectures. Besides more classical applications of porous materials such as molecular absorption, separation, and catalytic conversions, interest in the optoelectronic properties of COFs has recently increased considerably. The electronic properties of both the molecular building blocks and their linkage chemistry can be controlled to tune photon absorption and emission, to create excitons and charge carriers, and to use these charge carriers in different applications such as photocatalysis, luminescence, chemical sensing, and photovoltaics. In this Perspective, we will discuss the relationship between the structural features of COFs and their optoelectronic properties, starting with the building blocks and their chemical connectivity, layer stacking in 2D COFs, control over defects and morphology including thin film synthesis, exploring the theoretical modeling of structural, electronic, and dynamic features of COFs, and discussing recent intriguing applications with a focus on photocatalysis and photoelectrochemistry. We conclude with some remarks about present challenges and future prospects of this powerful architectural paradigm.
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