Aqueous Sol–Gel Synthesis and Shaping of Covalent Organic Frameworks

化学 共价键 水溶液 吸附 单体 纳米技术 水介质 化学工程 色散(光学) 有机化学 聚合物 材料科学 光学 物理 工程类
作者
Fan Hu,Zi Jun Hu,Yuanyuan Liu,Kam Chiu Tam,Rong‐Ran Liang,Qiujian Xie,Fan Zhang,Chunyue Pan,Juntao Tang,Guipeng Yu,Wei Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (50): 27718-27727 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10053
摘要

The intrinsic fragility and insoluble nature of covalent organic frameworks (COFs) have strongly impeded their processability for practical applications. Herein, an aqueous-based sol-gel synthetic strategy is reported for the synthesis and shaping of COFs with task-specific applications that satisfy the principles of green chemistry for gram-scale production of crystalline materials. Our successful approach involves three pivotal aspects: the "prodrug mimic" design of water-soluble monomers, the utilization of hydrolyzable bonds, and the manipulation of reaction kinetics. The generality of the method is demonstrated by the successful preparation of representative high-surface area two-dimensional (2D) COFs with several commonly used amines. By virtue of this strategy, a COF colloidal dispersion is achieved and can be formulated into processable fluids, structured films, and COF monoliths. Remarkably, the obtained lightweight (∼0.020 g cm-3) and robust aerogels displayed outstanding adsorption capacity (exceeding 57 times its own weight) toward a variety of organic solvents and exhibited superior thermal insulating properties compared to the widely used sponge and cotton. This work demonstrates a versatile strategy for the synthesis and shaping of processable COF materials in water that will contribute to the development of COF monoliths for advanced applications.
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