Real-Time Single-Particle Imaging of a Dynamic Host–Guest Interaction-Initiated Nanoconfinement Effect on Iodine Uptake

化学 吸附 粒子(生态学) 共价键 化学工程 水溶液 纳米技术 路易斯酸 化学物理 物理化学 有机化学 催化作用 海洋学 地质学 工程类 材料科学
作者
Yang Liu,Yi He
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (38): 14440-14446 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c02936
摘要

Fundamentally understanding the nanoconfinement effect within porous crystals is crucial for improving and extending their applications. Here, we report the real-time single-particle imaging of dynamic adaptive host–guest interaction between acetic acid (HAc) and covalent organic framework-300 (COF-300) to generate HAc-confined COF-300 (HAc@COF-300) under in situ reaction conditions, which initiates subsequent iodine uptake in an aqueous solution using a dark-field optical microscope (DFM). Operando DFM imaging reveals the adaptive deformation of COF-300 particles during the host–guest interaction process, which is attributed to the Lewis acid–base interaction-induced crystal contraction. Moreover, quantitative analysis shows that the HAc@COF-300 exhibits 65,000-fold higher binding affinity toward iodine than free HAc because of the increase in local concentration and close proximity under the nanoconfinement environment. With the guidance of the nanoconfinement effect, an adsorption reaction system consisting of HAc and COF-300 for capturing I2 is rationally designed and validated by macroscopic ensemble measurements, resulting in significantly improved adsorption performance by 7- to 8-fold. These findings highlight the nanoconfinement effects in adsorption/separation reactions.
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