Single-Crystalline 3D Covalent Organic Frameworks with Exceptionally High Specific Surface Areas and Gas Storage Capacities

化学 共价键 纳米技术 化学工程 有机化学 工程类 材料科学
作者
Baoqiu Yu,Yu Tao,Xuan Yao,Yucheng Jin,Shan Liu,Tongtong Xu,Hailong Wang,Hui Wu,Wei Zhou,Xin Zhou,Xu Ding,Xiao Wang,Xin Xiao,Yue‐Biao Zhang,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (42): 28932-28940 被引量:77
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09680
摘要

Single-crystalline covalent organic frameworks (COFs) are highly desirable toward understanding their pore chemistry and functions. Herein, two 50-100 μm single-crystalline three-dimensional (3D) COFs, TAM-TFPB-COF and TAPB-TFS-COF, were prepared from the condensation of 4,4',4″,4‴-methanetetrayltetraaniline (TAM) with 3,3',5,5'-tetrakis(4-formylphenyl)bimesityl (TFPB) and 3,3',5,5'-tetrakis(4-aminophenyl)bimesityl (TAPB) with 4,4',4″,4‴-silanetetrayltetrabenzaldehyde (TFS), respectively, in 1,4-dioxane under the catalysis of acetic acid. Single-crystal 3D electron diffraction reveals the triply interpenetrated dia-b networks of TAM-TFPB-COF with atom resolution, while the isostructure of TAPB-TFS-COF was disclosed by synchrotron single-crystal X-ray diffraction and synchrotron powder X-ray diffraction with Le Bail refinements. The nitrogen sorption measurements at 77 K disclose the microporosity nature of both activated COFs with their exceptionally high Brunauer-Emmett-Teller surface areas of 3533 and 4107 m2 g-1, representing the thus far record high specific surface area among imine-bonded COFs. This enables the activated COFs to exhibit also the record high methane uptake capacities up to 28.9 wt % (570 cm3 g-1) at 25 °C and 200 bar among all COFs reported thus far. This work not only presents the structures of two single-crystalline COFs with exceptional microporosity but also provides an example of atom engineering to adjust permanent microporous structures for methane storage.
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