Bottom-Up Synthesis of Covalent Organic Frameworks with Quasi-Three-Dimensional Integrated Architecture via Interlayer Cross-Linking

共价键 化学 聚乙二醇 单体 多孔性 聚合物 结晶度 化学工程 纳米技术 高分子化学 材料科学 结晶学 有机化学 工程类
作者
Fazheng Jin,Tonghai Wang,Zheng Han,En Lin,Yunlong Zheng,Liqin Hao,Ting Wang,Yao Chen,Peng Cheng,Kuang Yu,Zhenjie Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (11): 6507-6515 被引量:46
标识
DOI:10.1021/jacs.3c00550
摘要

Developing strategies to enhance the structural robustness of covalent organic frameworks (COFs) is of great importance. Here, we rationally design and synthesize a class of cross-linked COFs (CCOFs), in which the two-dimensional (2D) COF layers are anchored and connected by polyethylene glycol (PEG) or alkyl chains through covalent bonds. The bottom-up fabrication of these CCOFs is achieved by the condensation of cross-linked aldehyde monomers and tritopic amino monomers. All the synthesized CCOFs possess high crystallinity and porosity, and enhanced structural robustness surpassing the typical 2D COFs, which means that they cannot be exfoliated under ultrasonication and grinding due to the cross-linking effect. Furthermore, the cross-linked patterns of PEG units are uncovered by experimental results and Monte Carlo molecular dynamics simulations. It is found that all CCOFs are dominated by vertical cross-layer (interlayer) connections (clearly observed in high-resolution transmission electron microscopy images), allowing them to form quasi-three-dimensional (quasi-3D) structures. This work bridges the gap between 2D COFs and 3D COFs and provides an efficient way to improve the interlayered stability of COFs.
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