Ionic Covalent Organic Framework Membranes for Rapid Moisture‐Driven Actuation and Sensing

膜 材料科学 微型多孔材料 离子键合 共价有机骨架 纳米技术 合理设计 吸附 氢键 共价键 多孔性 化学工程 金属有机骨架 智能材料 吸附 分子 多孔介质 水分 氢 湿度 合成膜
作者
Xin hui Liu,Weibin Lin,Jinrong Wang,Fang Fang,Pei Yu,Niveen M. Khashab
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (51): e202521896-e202521896 被引量:14
标识
DOI:10.1002/anie.202521896
摘要

The development of smart materials capable of rapid and reversible responses to ambient humidity is essential for next-generation sensors, monitoring systems, and adaptive devices. Covalent organic frameworks (COFs), with their tunable porosity and designable architectures, represent a promising class of materials for such stimuli-responsive systems, yet practical implementation remains limited. In this study, we report a self-standing ionic COF membrane, synthesized by integrating hydrogen-bonding ionic functionalities into the framework backbone. This rational design endows the membrane with exceptional moisture-driven actuation and sensing behavior. The unique hydrogen bonding interactions within the framework facilitate rapid water uptake and release, enabling a rapid response time of 1 s. The membrane demonstrates excellent mechanical flexibility, high water sorption capacity, and robust cycling durability. Results from DFT calculations and MD simulations revealed that water molecules could strongly adsorb onto the membrane via hydrogen bonding to modulate its micropore structure and facilitate its responsive behavior. Furthermore, its responsive behavior to subtle humidity changes makes it suitable for applications such as human-interfacing soft actuators, smart switches, and soil moisture sensors. This study highlights the utility of ionic COF membranes as a versatile platform for creating next-generation intelligent materials.
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