چندسازه‌های پلیمر/چارچوب آلی کووالانسی هترو ساختار: پیشرفت‌های اخیر و کاربردهای آن
محورهای موضوعی : پليمرها و نانوفناوریفاطمه سراوانی 1 , میلاد غنی 2 *
1 - دانشگاه مازندران
2 - دانشگاه مازندران
کلید واژه: پلیمر, چارچوب آلی کووالانسی, چندسازه, هترو ساختار,
چکیده مقاله :
مواد متخلخل، به‌دلیل داشتن ویژگی‌های قابل‌توجه مانند ساختار خاص و ویژگی‌های منحصر به فرد، برای صنعت و زندگی روزمره، ضروری هستند. به‌طور کلی مواد جامدی که در ساختارشان حاوی حفره و منفذ هستند به عنوان مواد متخلخل تعریف می‌شوند. یکی از مفاهیم مهمی که در مواد متخلخل مورد بررسی قرار می‌گیرد تخلخل می‌باشد. تخلخل از تقسیم حجم حفرات به حجم کلی ماده بدست می‌آید. حفرات موجود در مواد متخلخل به دو نوع حفرات باز و حفرات بسته تقسیم می‌شوند. حفرات باز به سطح ماده دسترسی دارند ولی حفرات بسته در درون ماده محبوس هستند. اخیراً، به دلیل ویژگی‌های برتر این مواد، توسعه مواد متخلخل نوظهور برای کاربردهای بین رشته‌ای، رشد چشمگیری داشته است. چارچوب‌های آلی کووالانسی (Covalent Organic Frameworks)، با داشتن ویژگی‌هایی مانند قابلیت طراحی، سطح وسیع و تخلخل بالا، به‌عنوان یک زیرساخت جدید و عالی برای محصولات کریستالی متخلخل، توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده‌اند. برای بهبود رفتار COFهای اولیه، ادغام COFها با سایر مواد ، برای تشکیل چندسازه‌های مشتق شده، ضروری است. در این مقاله، پیشرفت‌های اخیر درمورد چندسازه‌های هتروساختاری ساخته شده از طریق ادغام پلیمرها با COFها را به منظور بکارگیری در کاتالیزگرها، جداسازی گاز، ذخیره‌سازی انرژی، جذب، تشخیص شیمیایی، تصویربرداری زیستی، فوتودرمانی و ایمنی مواد غذایی، ارائه خواهد شد. علاوه بر این، چالش‌های ذاتی و چشم‌اندازهای توسعه چندسازه‌های مبتنی بر COF نیز، ذکر خواهد شد.
Porous materials are essential for industry and daily life due to their remarkable properties such as specific structure and unique properties. In general, solid materials that contain holes in their structure are defined as porous materials. One of the important concepts that is investigated in porous materials is porosity. Porosity is obtained by dividing the volume of pores by the total volume of the material. The holes in porous materials are divided into two types: open holes and closed holes. Open holes have access to the surface of the material, but closed holes are trapped inside the material. Recently, due to the superior properties of these materials, the development of emerging porous materials for interdisciplinary applications has grown significantly. Covalent organic frameworks, with features such as designability, large surface area and high porosity, as a new and excellent infrastructure for porous crystalline products, have attracted the attention of many researchers. To improve the behavior of primary COFs, it is necessary to integrate COFs with other materials to form derivative composites. In this paper, the recent progress on heterostructured composites made by combining polymers with COFs for applications in catalysis, gas separation, energy storage, absorption, chemical detection, bioimaging, phototherapy, and food safety will be presented. In addition, the inherent challenges and prospects for the development of COF-based multistructures will also be mentioned.
1. Ding S.Y., Gao J., Wang Q., Zhang Y., Song W. G., Su C. Y., Wang W., Construction of covalent organic framework for
catalysis: Pd/COF-LZU1 in Suzuki–Miyaura coupling reaction, Journal of the American Chemical Society, 133, 19816-19822, 2011. 2. Geng K., He T., Liu R., Dalapati S., Tan K.T., Li Z., Jiang D., Covalent organic frameworks: design, synthesis, and functions,
Chemical reviews, 120, 8814-8933, 2020. 3. Beagle L.K., Moore D.C., Kim G., Tran L.D., Miesle P., Nguyen C., Glavin N.R., Microwave facilitated covalent organic
framework/transition metal dichalcogenide heterostructures, ACS Applied Materials & Interfaces, 14, 46876-46883, 2022. 4. Zhang G., Hong Y.L., Nishiyama Y., Bai S., Kitagawa S., Horike S., Accumulation of glassy poly (ethylene oxide) anchored
in a covalent organic framework as a solid-state Li+ electrolyte, Journal of the American Chemical Society, 141, 1227-1234, 2018. 5. Zhu C., Pang S., Chen Z., Bi L., Wang S., Liang C., Qin C., Synthesis of covalent organic frameworks (COFs)-nanocellulose
composite and its thermal degradation studied by TGA/FTIR, Polymers, 14, 3158, 2022. 6. Xie Z., Wang B., Yang Z., Yang X., Yu X., Xing G., Chen L., Stable 2D heteroporous covalent organic frameworks for
efficient ionic conduction, Angewandte Chemie International Edition, 58, 15742-15746, 2019. 7. Zhang G., Li X., Liao Q., Liu Y., Xi K., Huang W., Jia, X., Water-dispersible PEG-curcumin/amine-functionalized covalent
organic framework nanocomposites as smart carriers for in vivo drug delivery, Nature Communications, 9, 2785, 2018. 8. Mulzer C.R., Shen L., Bisbey R.P., McKone J.R., Zhang N., Abruña H.D., Dichtel W.R., Superior charge storage and power
density of a conducting polymer-modified covalent organic framework. ACS central science, 2, 667-673, 2016. 9. Yang J., Xie C., Yang Q., Wang S., Gao Y., Ji J., Sun D., PANa/Covalent organic framework composites with improved water
uptake and proton conductivity, Chemical Communications, 58, 1131-1134, 2022. 10. Sun Q., Tang Y., Aguila B., Wang S., Xiao F.S., Thallapally P.K., Ma S., Reaction environment modification in covalent
organic frameworks for catalytic performance enhancement, Angewandte Chemie International Edition, 58, 8670-8675, 2019. 11. Liu Y., Zhou W., Teo W.L., Wang K., Zhang L., Zeng Y., Zhao Y., Covalent-organic-framework-based composite materials,
Chem, 6, 3172-3202, 2020. 12. Wang Y., Xie M., Lan J., Yuan L., Yu J., Li J., Shi W., Radiation controllable synthesis of robust covalent organic framework
conjugates for efficient dynamic column extraction of 99TcO4−, Chem, 6, 2796-2809, 2020. 13. Liu S., Wang M., He Y., Cheng Q., Qian T., Yan C., Covalent organic frameworks towards photocatalytic applications:
Design principles, achievements, and opportunities, Coordination Chemistry Reviews, 475, 214882, 2023. 14. Li J., Cheng Z., Wang Z., Dong J., Jiang H., Wang W., Zhu G., Ultramicroporous covalent organic framework nanosheets
with functionality pair for membrane C2H2/C2H4 separation, Angewandte Chemie, 135, e202216675, 2023. 15. DeBlase C.R., Hernández-Burgos K., Silberstein K.E., Rodríguez-Calero G.G., Bisbey R.P., Abruña H.D., Dichtel W.R., Rapid
and efficient redox processes within 2D covalent organic framework thin films, ACS nano, 9, 3178-3183, 2015. 16. Zheng L., Song Q., Tan P., Wang S.T., Liu X.Q., Sun, L.B., Endowing covalent organic frameworks with photoresponsive
active sites for controllable propylene adsorption, Small, 19, 2207291, 2023. 17. Xie Y., Chen Y., Sun X., Wang Y., Wang Y., Conducting polymer engineered covalent organic framework as a novel
electrochemical amplifier for ultrasensitive detection of acetaminophen, Chinese Chemical Letters, 32, 2061-2065, 2021. 18. You J., Yuan F., Cheng S., Kong Q., Jiang Y., Luo X., Zhang C., AIEgen-based Sp2 carbon-conjugated covalent organic frameworks with high stability and emission for activatable imaging and ferroptosis in target tumor cells, Chemistry of
Materials, 34, 7078-7089, 2022. 19. Chen H., Gu Z.G., Zhang J., Chiral-induced ultrathin covalent organic frameworks nanosheets with tunable circularly
polarized luminescence, Journal of the American Chemical Society, 144, 7245-7252, 2022. 20. Guo X., Mao T., Wang Z., Cheng P., Chen Y., Ma S., Zhang Z., Fabrication of photoresponsive crystalline artificial muscles
based on pegylated covalent organic framework membranes, ACS Central Science, 6, 787-794, 2020. 21. Huang Y., Feng D., Li X., Li W., Ren J., Zhong H., Covalent organic frameworks assisted for food safety analysis, Critical
Reviews in Food Science and Nutrition, 1-20, 2023. 22. Hu K., Wang Y., Wang G., Wu Y., He Q., Research progress of the combination of COFs materials with food safety
detection, Food Chemistry, 136801, 2023.