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论文|COF@COF:从互穿异构体构建核壳结构共价有机框架
作者:管理员    发布于:2024-03-20 11:17:22   


作者团队曾于2019年在金属有机框架系统中率先提出了“同源层次结构”的概念用以克服不同物种间异质外延生长之困难(Chem. Mater.2019, 31, 1289-1295; ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 16280-16284)。此项研究沿用“同源层次结构”的思想并提出 COF@COF的结构设计新策略,即采用“同源”的 COFs 同时作为核层和壳层,规避了不同 COFs 之间巨大的晶格差异以及不同种类单体之间复杂且不清晰的分子间相互作用力,使得COF@COF 的实现难度显著降低。

文章基于经典的三维共价有机框架 COF-300 的两种互穿异构体,即五重互穿的 COF-300dia-c5 COF-300)和七重互穿的 COF-300dia-c7 COF-300)构建了核壳复合结构。需要说明的是核壳结构 COFs 的核层与壳层的框架结构完全相同,均是金刚石型的 COF-300;区别在于互穿程度不同,核层为五重互穿而壳层为七重互穿。

核壳结构的制备在同一环境下通过简单的两步合成法实现,在 dia-c5 COF-300 反应结束后向体系补充单体和高浓度乙酸以制备后续 dia-c7 COF -300,即可实现以 dia-c5 COF-300 为核层,以 dia-c7 COF-300 为壳层的核壳结构 dia-c7@c5 COF-300(壳层@核层)的构建,而无需更换反应容器(图1)。

1. 五重互穿 COF-300dia-c5 COF-300)、七重互穿 COF-300dia-c7 COF-300)及其二者核壳结构的构建示意图。

文章进一步制备了4种不同核层与壳层反应时间的核壳样品。所有样品在X 射线晶体学衍射中不仅均同时具备 dia-c5 COF-300 dia-c5 COF-300 的结构特征峰,且两种互穿异构体的特征峰相对强弱存在显著差异,表明二者的相对比例发生变化,实现了核层和壳层的厚度可调(图2)。额外要提及的是,在反应过程中翻倍投入反应单体可以制备得到壳层更紧实致密的核壳结构样品。