Topological derivative strategy for large-pore three-dimensional covalent organic frameworks

共价键 材料科学 单体 多孔性 拓扑(电路) 纳米技术 聚合物 化学 数学 有机化学 复合材料 组合数学
作者
Haorui Zheng,Hui Li,Jie Ji,Fengqian Chen,Yiji Wang,Jinquan Suo,Jialong Song,Dan Zhao,Valentin Valtchev,Shilun Qiu,Qianrong Fang
出处
期刊:
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2025-t81dh
摘要

The pursuit of three-dimensional covalent organic frameworks (3D COFs) with ultra-large pores faces fundamental challenges from structural interpenetration. We address this limitation through a topology-driven design strategy that transforms edge-transitive scu nets into two distinct derivative frameworks - mmm and jcg - via symmetry-controlled monomer selection. This approach yields contrasting pore evolution behaviors: while mmm-series COFs (JUC-693 to JUC-695) show unpredictable pore size fluctuations (2.77 nm → 4.04 nm → 1.35 nm) due to complex interpenetration patterns, jcg-series frameworks (JUC-696 to JUC-698) exhibit controlled expansion up to a record 5.24 nm pore diameter in JUC-698. Comprehensive characterization, including macromolecular encapsulation studies with vitamin B12 and myoglobin, confirms the structural integrity and accessibility of these engineered pores. Our findings establish topology-directed design as a powerful tool for overcoming interpenetration barriers in porous materials development.
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