共價有機框架材料
共價有機框架材料或共價有機骨架材料（英語：Covalent Organic Frameworks，縮寫：COFs）是在其延展結構中具有通過強共價鍵結合的構建單元的二維或三維的有機固體。[1]共價有機框架材料是完全由輕元素（氫、硼、碳、氮和氧）[2]組成的多孔的晶體結構。眾所周知，這些輕元素能夠形成很強的共價鍵，成為有用的材料如金剛石、石墨和氮化硼。由分子構建單元製備的共價有機框架材料提供的共價框架，將被用於製造具有多種應用的輕質材料。[3]
結構
編輯多孔晶體材料是由次級結構單元（SBU）組成的一個周期性的多孔框架。通過不同的SBU組合，可以形成幾乎無限數量的框架，以滿足分離、儲存和多相催化中對特殊材料性能的不同需求。[4]
多孔晶體材料可以用來描述如沸石、金屬有機框架材料（MOFs）和共價有機框架材料（COFs）。沸石是微孔的矽鋁酸礦物，常用作商業吸附劑。MOFs材料是一類多孔聚合物材料，由有機橋聯配體連接在一起的金屬離子組成，是分子配位化學和材料科學交叉領域的一個新發展。[5]
COFs是另一類多孔聚合晶體材料，內部由強共價鍵結合，通常具有剛性結構、特殊熱穩定性（高達600℃的溫度）和低密度的理化性質。它們的比表面積超過我們熟知的沸石和矽酸鹽，表現出永久的孔隙率。[3]
次級結構單元
編輯
使用「次級結構單元」這個術語已經有一段時間了，它被用來描述概念性的碎片，這些碎片的作用就和那些建造房屋的磚塊一樣。在本頁的上下文中，次級結構單元是指由擴展點所決定的單元的幾何形狀。[6]最近，在晶體結構數據庫中發現了279個新的次級結構單元。[7][8]
歷史
編輯在密歇根大學，奧馬爾·亞基（現為加州大學伯克利分校）和Adrien P Côté發表了第一篇有關共價有機框架材料的論文。[3]他們報道聲稱通過苯基二硼酸（ ）和六羥基三亞苯基苯（ ）發生縮合反應，設計並成功合成了共價有機框架材料。
![{\displaystyle {\ce {C6H4[B(OH)2]2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3254e287fce5b79069cf5ac1b2f8aac6d67c5c26)
特徵
編輯因為沒有固定的晶體結構，COFs通常難以像MOFs那樣表徵性質。儘管如此，我們還是可以用以下一些方法去表徵它。COFs的結構可以由粉末X射線繞射（PXRD）確定[1]，形狀則可以通過掃描電子顯微鏡（SEM）來觀察。在一定表面積範圍內，我們甚至還能夠用N2等溫線測量它的孔隙度。[3]
參見
編輯參考文獻
編輯- ^ 1.0 1.1 The atom, the molecule, and the covalent organic framework Christian S. Diercks, Omar M. Yaghi Science 03 Mar 2017: Vol. 355, Issue 6328, doi:10.1126/science.aal1585
- ^ Garcia, J. C.; Justo, J. F.; Machado, W. V. M.; Assali, L. V. C. Functionalized adamantane: building blocks for nanostructure self-assembly. Phys. Rev. B. 2009, 80: 125421. doi:10.1103/PhysRevB.80.125421.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Côté, A. P.; Benin, A. I.; Ockwig, N. W.; O'Keeffe, M.; Matzger, A. J.; Yaghi, O. M.; Porous, Crystalline, Covalent Organic Frameworks. Science. 2005, 310, pp 1166-1170. doi:10.1126/science.1120411
- ^ Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S.; Functional Porous Coordination Polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, pp 2334-2375. doi:10.1002/anie.200300610
- ^ James, S. L.; Metal-organic frameworks. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, pp 276-288. doi:10.1039/B200393G
- ^ Yaghi, O. M.; O'Keeffe, M.; Ockwig, N. W.; Chae, H. K.; Eddaoudi, M.; Kim, J.; Reticular synthesis and the design of new materials. Nature. 2003, 423, pp 705-714. doi:10.1038/nature01650
- ^ Tranchemontagne David J.; Mendoza-Cortes Jose L.; O'Keeffe Michael; Yaghi OM; Secondary building units, nets and bonding in the chemistry of metal-organic frameworks. Chemical Society Reviews. 2009, 38, pp 1257-1283. doi:10.1039/b817735j
- ^ Tranchemontagne David J.; Mendoza-Cortes Jose L.; O'Keeffe Michael; Yaghi OM; Secondary building units, nets and bonding in the chemistry of metal-organic frameworks . Supplementary material （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）