view in publisher's site

Chemistry of Covalent Organic Frameworks

ConspectusLinking organic molecules by covalent bonds into extended solids typically generates amorphous, disordered materials. The ability to develop strategies for obtaining crystals of such solids is of interest because it opens the way for precise control of the geometry and functionality of the extended structure, and the stereochemical orientation of its constituents. Covalent organic frameworks (COFs) are a new class of porous covalent organic structures whose backbone is composed entirely of light elements (B, C, N, O, Si) that represent a successful demonstration of how crystalline materials of covalent solids can be achieved. COFs are made by combination of organic building units covalently linked into extended structures to make crystalline materials. The attainment of crystals is done by several techniques in which a balance is struck between the thermodynamic reversibility of the linking reactions and their kinetics. This success has led to the expansion of COF materials to include organic units linked by these strong covalent bonds: B–O, C–N, B–N, and B–O–Si.Since the organic constituents of COFs, when linked, do not undergo significant change in their overall geometry, it has been possible to predict the structures of the resulting COFs, and this advantage has facilitated their characterization using powder X-ray diffraction (PXRD) techniques. It has also allowed for the synthesis of COF structures by design and for their formation with the desired composition, pore size, and aperture. In practice, the modeled PXRD pattern for a given expected COF is compared with the experimental one, and depending on the quality of the match, this is used as a starting point for solving and then refining the crystal structure of the target COF. These characteristics make COFs an attractive class of new porous materials. Accordingly, they have been used as gas storage materials for energy applications, solid supports for catalysis, and optoelectronic devices. A large and growing library of linkers amenable to the synthesis of COFs is now available, and new COFs and topologies made by reticular synthesis are being reported. Much research is also directed toward the development of new methods of linking organic building units to generate other crystalline COFs. These efforts promise not only new COF chemistry and materials, but also the chance to extend the precision of molecular covalent chemistry to extended solids.

شیمی چارچوب‌های آلی کووالانسی:

اتصال مولکول‌های آلی به وسیله پیوندهای کووالانسی به مواد جامد گسترده معمولا مواد آمورف و نامنظم تولید می‌کند. توانایی توسعه استراتژی‌ها برای به دست آوردن کریستال‌های چنین جامدی مورد توجه است زیرا راه را برای کنترل دقیق هندسه و عملکرد ساختار توسعه‌یافته و جهت گیری فضایی اجزای سازنده آن باز می‌کند. چارچوب‌های آلی کووالانسی (COF ها)دسته جدیدی از ساختارهای آلی کووالانسی متخلخل هستند که ستون فقرات آن‌ها به طور کامل از عناصر سبک تشکیل شده‌است (B، C، N، O، Si)که نشان‌دهنده نمایش موفق چگونگی دستیابی به مواد بلوری جامدهای کووالانسی است. COF ها با ترکیب واحدهای ساختمانی آلی به صورت کووالانسی به ساختارهای توسعه‌یافته متصل می‌شوند تا مواد کریستالی بسازند. دستیابی به کریستال‌ها با چندین روش انجام می‌شود که در آن تعادل بین برگشت پذیری ترمودینامیکی واکنش‌های پیوند و سینتیک آن‌ها برقرار می‌شود. این موفقیت منجر به گسترش مواد COF برای شامل کردن واحدهای آلی مرتبط با این پیوندهای کووالانسی قوی شده‌است: B - O، C - N، B - N، و B-O-Si.سینک ترکیبات آلی COF ها، وقتی که متصل می‌شوند، تغییر قابل‌توجهی در هندسه کلی خود ندارند، امکان پیش‌بینی ساختارهای COF های حاصل وجود دارد، و این مزیت ویژگی‌های آن‌ها را با استفاده از تکنیک‌های پراش اشعه ایکس (PXRD تسهیل کرده‌است. همچنین برای سنتز ساختارهای COF با طراحی و برای تشکیل آن‌ها با ترکیب مطلوب، اندازه حفره، و دیافراگم مجاز است. در عمل، الگوی PXRD مدلسازی شده برای COF مورد انتظار داده‌شده با الگوی آزمایشی مقایسه می‌شود، و بسته به کیفیت مسابقه، به عنوان یک نقطه شروع برای حل و سپس اصلاح ساختار بلوری COF هدف استفاده می‌شود. این ویژگی‌ها COF ها را به دسته‌ای جذاب از مواد متخلخل جدید تبدیل می‌کند. بر این اساس، از آن‌ها به عنوان مواد ذخیره‌سازی گاز برای کاربردهای انرژی، پشتیبان‌های جامد برای کاتالیز و دستگاه‌های اپتوالکترونیک استفاده شده‌است. یک کتابخانه بزرگ و رو به رشد از لینکر هایی که قابلیت سنتز COF ها را دارند، در حال حاضر در دسترس است و COF ها و توپولوژی‌های جدید ساخته‌شده توسط سنتز رتیکولر گزارش شده‌اند. تحقیقات زیادی نیز در جهت توسعه روش‌های جدید ارتباط واحدهای ساختمان آلی برای تولید COF های کریستالی دیگر انجام شده‌است. این تلاش‌ها نه تنها شیمی COF جدید و مواد را وعده می‌دهند، بلکه شانس گسترش دقت شیمی کووالانسی مولکولی به جامدات گسترده را نیز می‌دهند.
ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.