Angew. Chem. Int. Ed.：高溫合成有機晶體框架的最新成果

【引言】

材料能夠促進科技進步。例如半導體材料的形成促進了計算機的發展。同時隨著科技的發展，通過使用新穎的、高度精密的合成方法，用來調控材料的結構和性能。理論上線性的、網狀的和無定形態能夠轉變成晶體材料。然而這要求無定型態液體、熔體和氣體相能夠再結晶。但是對于線性和網狀的聚合物來講，隨著分子活性的降低，這似乎是一個不可能的任務。因此，通過從溶液或熔體中重結晶來增強長程有序是不可行的。那么如何讓有機材料晶體化呢？一種方法是打破無定形的線性聚合物或網格到更小的碎片，并按照長程序重新連接和排序。這是形成有機晶體框架（COF）的先決條件。但是可逆連接功能的要求也是穩定性限制因素。據報道的COF材料（硅酸脂與環硼氧烷）的鏈接鍵是可逆的，缺點是在水熱環境不穩定。Si-O鍵具有最高共價單鍵能為-460kJmol^-1。但是在高溫水熱條件下，無定型態的SiO₂能夠轉變成多晶型晶態SiO₂石英。這種方法在工業生產中已經得到了大規模應用。

【成果簡介】

近日，維也納技術大學Miriam M. Unterlass教授（通訊作者）報道了一種高溫水熱法制備有機晶體框架的研究。由CHDA與TMA和MTAB合成的CAF系列的有機晶體框架是由徑向分布函數（PDF）和粉末X射線衍射確定（PXRD）。作者第一次采用了高溫水熱方法合成有機晶體框架。這種方法為對有機晶體框架的合成具有指導意義。相關成果以“Hot Water Generates Crystalline Organic Materials”為題發表在Angewandte Chemie -International Edition上。

【圖文導讀】

圖1非晶形態與其晶態結構之間的關系

A）小分子的非晶形態與其晶態結構之間的關系；

B）線性聚合物的非晶形態與其晶態結構之間的關系；

C）網狀物的非晶形態與其晶態結構之間的關系。

圖2 酰胺有機晶體框架的合成示意圖

A）由TMA和CHDA合成2D六面體的CAF-1示意圖；

B）由MTAB和CHDA合成3D鉆石形的CAF-2示意圖。

【小結】

乍看起來，水似乎不利于有機晶體材料的合成。但是實例證明，在水熱條件下，水能將小分子轉變成線性聚合物，甚至是框架結構有機晶體的優良介質材料。對于大部分溶劑來講，水是一種無毒無害的綠色溶劑。與此同時，添加水可以作為表面活性劑，能夠作為模板控制材料的形貌。因此，水熱技術能夠在無機材料的合成中得到很好的應用。那么采用一步法合成混合結構的有機晶體材料是可行的。到目前為止，水熱可以用來制備咪唑、酰亞胺和酰胺有機晶體材料。未來這種方法將得到進一步的應用。目前高溫水熱法是唯一的、高產的、合成有機-無機混合晶體材料的方法。

文獻鏈接："Hot Water Generates Crystalline Organic Materials" （Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201713359）。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

材料牛專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！