通过将封闭烧瓶中的水加热到远高于沸点的水平,科学家们可以用它代替有机溶剂来制备共价有机框架(COF)材料——他们将这种方法称为几何水热合成,因为它再现了地壳深处的一些极端条件。

COFs是通过将有机构件与共价连接剂连接而合成的。COFs的一些特性,从结构的多功能性到高化学稳定性,使其成为电池组件、气体存储和传感器的理想材料。

现在,研究人员用水取代了通常用于制造聚酰亚胺基COFs的有机溶剂。“有机溶剂在使用后需要特殊处理和废物处理,”解释说Byeong-Su金来自韩国延世大学,他领导了这项研究。另一方面,水没有这些缺点。但水通常不是合适的溶剂,因为大多数有机化合物不容易溶于水。

说明合成过程的方案

来源:©2021 Wiley-VCH GmbH

在水热条件下应用意味着反应可以在水中进行,而不是通常的有机溶剂

金的团队受到了这样一个事实的启发,即许多有趣的化学反应——包括高结晶矿物的合成——可以在地球深处发生,所以他们决定重现其中的一些条件。Kim解释说:“我们发现水的介电常数和离子产物在热液条件下变得与有机溶剂相似。”这是因为氢键水网络在极端条件下开始分解。

在密封容器中将含有这两种前驱物(羧酸和二胺)的溶液加热到200°C两天后,他们得到了几种固体聚酰亚胺基COFs。Kim的团队将所得材料作为电池中的活性阳极进行测试,发现与标准锂离子电池中使用的石墨阳极相比,聚酰亚胺COF的容量增加了一倍,并且可以可靠地充电200次。容量的增加是由于COF的高表面积,这增强了离子的输运。

然而,Rubén Mas Ballesté来自西班牙马德里自治大学,致力于COF合成的他对此并不热衷。他解释说,限制COF生产的是构建块的可用性,而不是合成过程。因此,将这项研究的发现应用于工业规模仍然是昂贵的。Ballesté也说水已经有报道了在较低的温度下制备其他COFs和亚胺的形成是众所周知的COF制备。

Kim和他的团队现在想探索其他水溶性前体,以创造新的COF结构。