Narrow‐Pore Engineering of Vinylene‐Linked Covalent Organic Frameworks with Weak Interaction‐Triggered Multiple Responses

单体 共价键 堆积 质子化 碳纤维 化学 材料科学 聚合物 高分子化学 结晶学 有机化学 离子 复合数 复合材料
作者
Lin Zhu,Qian Zhang,Fancheng Meng,Mengqi Li,Qifeng Liang,Fan Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (42) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/anie.202309125
摘要

Vinylene-linked covalent organic frameworks (COFs) are emerging as promising crystalline materials, but their narrow pore engineering is severely impeded by the weak reversibility of the carbon-carbon double bond formation reaction, which has led to less exploration of their ultramicroporous structures and properties. Herein, we developed a single aromatic ring-based tetratopic monomer, tetramethylpyrazine, which undergoes a smooth Knoevenegal condensation at its four arylmethly carbon atoms with linear aromatic dialdehyde monomers upon the self-catalyzed activation of pyridine nitrogen-containing monomers in the presence of an organic anhydride. This has resulted in the formation of two vinylene-linked COFs, which both crystallized in orthorhombic lattices, and layered in AA stacking fashions along the vertical directions. They exhibit high surface areas and well-tailored ultramicropore sizes up to 0.5 nm. The unique cross-linking mode at two pairs of para-positions of each pyrazine unit through carbon-carbon double bonds afford them with π-extended conjugation over the in-plane backbones and substantial semiconducting characters. The resultant COFs can be well-dispersed in water to form stable sub-microparticles with negative charges (zeta potentials: ca. -30 mV), and exhibiting tunable aggregation behaviors through protonation/deprotonation. As a consequence, they exhibit pore-size-dependent colorimetric responses to various anions with different pKa values in high selectivity.

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