离子液体溶液加工制备共价有机框架

本文转自x-mol
共价有机框架（COFs）一类晶态的多孔聚合物，通常由有机构筑单元通过动态共价键连接形成，具有周期性孔隙结构。COFs在气体吸附/分离、催化、生物医学、化学传感和能量存储等领域具有较大的发展潜力。然而，合成的COFs通常为微米级的颗粒，颗粒形态的COFs难以直接用于需要进行尺寸调控的领域，且难以直接加工成可用的形式，严重阻碍了它们的实际应用。
溶液可加工工艺是一种廉价便捷的材料加工工艺，能够在不影响材料性能时将材料转化为所需的形态。然而，微米级的COFs难以分散在常规有机溶剂和水中，造成这一现象的原因是溶剂与COFs间的相互作用，难以破坏COFs层间的范德华相互和π-π相互作用。因此，发展可溶液处理的COFs，使其能充分发挥自身独特的优异性能，对于推进COFs的实际应用有重要意义。
针对这一问题，近日四川大学陶国宏和何玲团队联合北京大学深圳研究生院陶国华课题组，通过离子液体引入分子间氢键和π-π相互作用，发展了一种“自上而下”的制备可溶液加工的COFs的策略。将亚胺、吖嗪和β-酮烯胺键连的三种COFs粉末置于1-甲基-3-辛基咪唑鎓([C8mim][Br])离子液体进行热处理后，可以得到COFs的胶体溶液，其浓度可达0.92 mg•mL-1。处理后的COFs的能保持原有的化学结构和结晶态，粒径降低至约100 nm，可以很好的分散在常见的有机溶剂乙醇、二氯甲烷、丙酮和水中，形成稳定的胶体溶液，实现可溶液加工。理论计算表明离子液体阳离子与COFs中的共轭结构之间的π-π相互作用和C‒H•••π相互作用对制备可溶液加工的COFs胶体中起着重要作用。

这项工作为构建可溶液加工的COFs提供新思路，有助于推动该类材料的实际应用，并有望扩大COF材料的应用领域。这一成果近期发表于Nature Communications 上。