Preserving High Porosity of Covalent Organic Frameworks via Functional Polymer Guest Introduction

结晶度 多孔性 聚合物 化学 范德瓦尔斯力 共价有机骨架 共价键 吸附 化学工程 纳米技术 复合数 高分子化学 分子 复合材料 材料科学 有机化学 结晶学 工程类
作者
Tianwei Xue,Olga A. Syzgantseva,Li Peng,Ruiqing Li,Yuyu Guo,Chengbin Liu,Tongxin Qiao,Wenli Hao,Jiaran Li,Jiaran Li,Lilin Zhu,Shuliang Yang,Jun Li,Jun Li,Wendy L. Queen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (51): 35098-35108 被引量:35
标识
DOI:10.1021/jacs.4c10273
摘要

Due to their high structural tunability, remarkable internal surface areas, readily accessible pore space, and host of possible applications, covalent organic frameworks (COFs) remain at the forefront of materials science research. Unfortunately, many COFs suffer from structural distortions or pore collapse during activation, which can lead to a substantial loss of crystallinity and functionality. Thus, herein, we demonstrate a facile method to address this issue by introducing polymer guests. The polymer adheres to the COF internal pore wall, acting as a supporting pillar during activation and effectively preserving the COF porosity and crystallinity. In fact, the surface area of one COF/polymer composite, known as TAPB-TA/PDA, was boosted by a factor of 16 when compared to the parent COF, TAPB-TA. More importantly, the now robust COF structure was able to resist layer shifting and order loss during both solvent immersion and removal. The introduction of functional polymer guests not only solidifies the COF structure and preserves its high porosity but is also shown to enhance the transport and separation of photogenerated charge carriers, thereby facilitating hydrogen evolution during photocatalytic water splitting. Molecular dynamics simulations further support experimental observations that the incorporation of PDA within the COF pores reinforces the walls, preventing its collapse. The proposed mechanism is based on the adsorption of PDA oligomers along the c direction of the unit cell, fastening the COF layers in place via van der Waals interactions. This kind of interaction locks −N═CH–Ph–CH═N– units in a trans-configuration in the COF pores.
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