Flexibility On-Demand: Multivariate 3D Covalent Organic Frameworks

化学 反应性(心理学) 连接器 产量(工程) 溶解度 灵活性(工程) 组合化学 共价键 结晶 超分子化学 有机化学 分子 材料科学 计算机科学 医学 替代医学 统计 数学 病理 冶金 操作系统
作者
Meng Wang,Tengwu Zeng,Yi Yu,Xun Wang,Yingbo Zhao,Hongxia Xi,Yue‐Biao Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (1): 1035-1041 被引量:67
标识
DOI:10.1021/jacs.3c11944
摘要

Dynamic 3D covalent organic frameworks (dynaCOFs) have shown concerted structural transformation and responses upon adaptive guest adsorption. The multivariate (MTV) strategy incorporating multiple functionalities within a backbone is attractive for tuning the framework flexibility and dynamic responses. However, a major synthetic challenge arises from the different chemical reactivities of linkers usually resulting in phase separation. Here, we report a general synthetic protocol for making 3D MTV-COFs by balancing the linker reactivity and solvent polarity. Specifically, 15 crystalline and phase pure MTV-COF-300 isostructures are constructed by linking a tetrahedral unit with eight ditopic struts carrying various functional groups. We find that the electron-donating groups make the linker reactivity too low to allow the reaction to proceed fully, while the electron-withdrawing groups afford increased reactivity and hardly yield crystalline materials. To overcome the crystallization dilemma, the combination of polar aprotic with nonpolar solvents was used to improve the solubility of oligomers and slow the reaction kinetics in MTV-COF synthesis. We demonstrate the abilities of these MTV-COFs to tune gas dynamic behaviors and the separation of benzene and cyclohexane. These findings reveal the integration of multivariate functionalities into dynaCOFs with on-demand flexibility to achieve dynamic synergism in particular applications, outperforming their pure, monofunctional counterparts.
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