共价有机框架材料研究进展

doi:10.3866/PKU.WHXB201705191

Abstract

Abstract:

Covalent organic frameworks (COFs) are a class of crystalline porous organic polymers, constructed with lightweight elements by covalent bonds. Owing to their low density, high thermal stability, and inherent porosity, COFs have many potential applications in gas adsorption, heterogeneous catalysis, energy storage, etc. This article reviews the latest progress in COFs, including their structural design, synthesis, purification, characterization methods, and applications in gas adsorption, catalysis, and photoelectricity. Finally, the prospects of COFs are also discussed.

Key words: Covalent organic frameworks, Porous material, Structural design, Synthesis, Application

Lu-Lu LI,Shuai LIU,Qin ZHANG,Nan-Tao HU,Liang-Ming WEI,Zhi YANG,Hao WEI. Advances in Covalent Organic Frameworks[J].Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(10): 1960-1977.

References

1	Wu D. ; Xu F. ; Sun B. ; Fu R. ; He H. ; Matyjaszewski K. Chem. Rev. 2012, 112, 3959.
2	Xu S. ; Luo Y. ; Tan B. Macromol. Rapid Comm. 2013, 34, 471.
3	McKeown N. B. ; Budd P. M. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 675.
4	Xu Y. ; Jin S. ; Xu H. ; Nagai A. ; Jiang D. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 8012.
5	Ben T. ; Ren H. ; Ma S. ; Cao D. ; Lan J. ; Jing X. ; Wang W. ; Xu J. ; Deng F. ; Simmons J. M. ; Qiu S. ; Zhu G. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 121, 9621.
6	Feng X. ; Ding X. ; Jiang D. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 6010.
7	Ding S.-Y. ; Wang W. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 548.
8	Huang N. ; Wang P. ; Jiang D. Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16068.
9	Yang H. ; Du Y. ; Wan S. ; Trahan G. D. ; Jin Y. ; Zhang W. Chem. Sci. 2015, 6, 4049.
10	Qian H.-L. ; Yang C.-X. ; Yan X. -P. Nat. Commun. 2016, 7, 12104.
11	Zeng Y. ; Zou R. ; Zhao Y. Adv. Mater. 2016, 28, 3032.
12	Wei H. ; Chai S. ; Hu N. ; Yang Z. ; Wei L. ; Wang L. Chem. Commun. 2015, 51, 12178.
13	Wu Y. ; Xu H. ; Chen X. ; Gao J. ; Jiang D. Chem. Commun. 2015, 51, 10096.
14	Xu H. ; Chen X. ; Gao J. ; Lin J. ; Addicoat M. ; Irle S. ; Jiang D. Chem. Commun. 2014, 50, 1292.
15	Wan S. ; Guo J. ; Kim J. ; Ihee H. ; Jiang D. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5439.
16	Furukawa H. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8875.
17	Pachfule P. ; Kandambeth S. ; Díaz D. D. ; Banerjee R. Chem. Commun. 2014, 50, 3169.
18	El-Kaderi H. M. ; Hunt J. R. ; Mendoza-Cortés J. L. ; C?té A. P. ; Taylor R. E. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Science 2007, 316, 268.
19	Zang L. ; Che Y. ; Moore J. S. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1596.
20	O'Keeffe M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1215.
21	Thomas A. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8328.
22	Mastalerz M. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 445.
23	Tan J. ; Namuangruk S. ; Kong W. ; Kungwan N. ; Guo J. ; Wang C. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 128, 14185.
24	Huang N. ; Zhai L. ; Coupry D. E. ; Addicoat M. A. ; Okushita K. ; Nishimura K. ; Heine T. ; Jiang D. Nat. Commun. 2016, 7, 12325.
25	Medina D. D. ; Rotter J. M. ; Hu Y. ; Dogru M. ; Werner V. ; Auras F. ; Markiewicz J. T. ; Knochel P. ; Bein T. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1016.
26	Huang N. ; Ding X. ; Kim J. ; Ihee H. ; Jiang D. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 127, 8828.
27	Pang Z.-F. ; Zhou T.-Y. ; Liang R.-R. ; Qi Q.-Y. ; Zhao X. Chem. Sci. 2017.
28	C?té A. P. ; Benin A. I. ; Ockwig N. W. ; O'Keeffe M. ; Matzger A. J. ; Yaghi O. M. Science 2005, 310, 1166.
29	Kuhn P. ; Antonietti M. ; Thomas A. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3450.
30	Jackson K. T. ; Reich T. E. ; El-Kaderi H. M. Chem. Commun. 2012, 48, 8823.
31	C?té A. P. ; El-Kaderi H. M. ; Furukawa H. ; Hunt J. R. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12914.
32	Spitler E. L. ; Koo B. T. ; Novotney J. L. ; Colson J. W. ; Uribe-Romo F. J. ; Gutierrez G. D. ; Clancy P. ; Dichtel W. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19416.
33	Kandambeth S. ; Mallick A. ; Lukose B. ; Mane M. V. ; Heine T. ; Banerjee R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19524.
34	Zeng Y. ; Zou R. ; Luo Z. ; Zhang H. ; Yao X. ; Ma X. ; Zou R. ; Zhao Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1020.
35	Chen X. ; Addicoat M. ; Jin E. ; Xu H. ; Hayashi T. ; Xu F. ; Huang N. ; Irle S. ; Jiang D. Sci. Rep. 2015, 5, 14650.
36	Ding X. ; Guo J. ; Feng X. ; Honsho Y. ; Guo J. ; Seki S. ; Maitarad P. ; Saeki A. ; Nagase S. ; Jiang D. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1289.
37	Ding X. ; Feng X. ; Saeki A. ; Seki S. ; Nagai A. ; Jiang D. Chem. Commun. 2012, 48, 8952.
38	Feng X. ; Liu L. ; Honsho Y. ; Saeki A. ; Seki S. ; Irle S. ; Dong Y. ; Nagai A Jiang D. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2618.
39	Feng X. ; Ding X. ; Chen L. ; Wu Y. ; Liu L. ; Addicoat M. ; Irle S. ; Dong Y. ; Jiang D. Sci. Rep. 2016, 6, 32944.
40	Dalapati S. ; Jin S. ; Gao J. ; Xu Y. ; Nagai A. ; Jiang D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17310.
41	Jin S. ; Sakurai T. ; Kowalczyk T. ; Dalapati S. ; Xu F. ; Wei H. ; Chen X. ; Gao J. ; Seki S. ; Irle S. ; Jiang D. Chem-Eur. J. 2014, 20, 14608.
42	Alahakoon S. B. ; Thompson C. M. ; Nguyen A. X. ; Occhialini G. ; McCandless G. T. ; Smaldone R. A. Chem. Commun. 2016, 52, 2843.
43	Dalapati S. ; Addicoat M. ; Jin S. ; Sakurai T. ; Gao J. ; Xu H. ; Irle S. ; Seki S. ; Jiang D. Nat. Commun. 2015, 6, 7786.
44	Zhou T.-Y. ; Xu S.-Q. ; Wen Q. ; Pang Z.-F. ; Zhao X. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15885.
45	Dalapati S. ; Jin E. ; Addicoat M. ; Heine T. ; Jiang D. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5797.
46	Uribe-Romo F. J. ; Hunt J. R. ; Furukawa H. ; Kl?ck C. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4570.
47	Fang Q. ; Wang J. ; Gu S. ; Kaspar R. B. ; Zhuang Z. ; Zheng J. ; Guo H. ; Qiu S. ; Yan Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 8352.
48	Waller P. J. ; Lyle S. J. ; Osborn Popp T. M. ; Diercks C. S. ; Reimer J. A. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15519.
49	El-Kaderi H. M. ; Hunt J. R. ; Mendoza-Cortes J. L. ; C?té A. P. ; Taylor R. E. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Science 2007, 316, 268.
50	Diercks C. S. ; Yaghi O. M. Science 2017, 355, 6328.
51	O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Chem. Rev. 2012, 112, 675.
52	O'Keeffe M. ; Peskov M. A. ; Ramsden S. J. ; Yaghi O. M. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1782.
53	Ockwig N. W. ; Delgado-Friedrichs O. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Acc. Chem. Res. 2005, 38, 176.
54	Dalapati S. ; Addicoat M. ; Jin S. ; Sakurai T. ; Gao J. ; Xu H. ; Irle S. ; Seki S. ; Jiang D. Nat. Commun. 2015, 6, 7786.
55	Lin G. ; Ding H. ; Yuan D. ; Wang B. ; Wang C. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3302.
56	Fang Q. ; Gu S. ; Zheng J. ; Zhuang Z. ; Qiu S. ; Yan Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2878.
57	Hunt J. R. ; Doonan C. J. ; Levangie J. D. ; C?té A. P. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11872.
58	Du Y. ; Yang H. ; Whiteley J. M. ; Wan S. ; Jin Y. ; Lee S. H. ; Zhang W. Angew. Chem. 2016, 128, 1769.
59	Uribe-Romo F. J. ; Doonan C. J. ; Furukawa H. ; Oisaki K. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11478.
60	Nagai A. ; Chen X. ; Feng X. ; Ding X. ; Guo Z. ; Jiang D. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3770.
61	Guo J. ; Xu Y. ; Jin S. ; Chen L. ; Kaji T. ; Honsho Y. ; Addicoat M.A. ; Kim J. ; Saeki A. ; Ihee H. ; Seki S. ; Irle S. ; Hiramoto M. ; Gao J. ; Jiang D. Nat. Commun. 2013, 4, 2736.
62	Zhuang X. ; Zhao W. ; Zhang F. ; Cao Y. ; Liu F. ; Bi S. ; Feng X. Polym. Chem 2016, 7, 4176.
63	DeBlase C. R. ; Silberstein K. E. ; Truong T. T. ; Abru?a H. D. ; Dichtel W. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16821.
64	Waller P. J. ; Lyle S. J. ; Osborn Popp T. M. ; Diercks C. S. ; Reimer J. A. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15519.
65	Jackson K. T. ; Reich T. E. ; El-Kaderi H. M. Chem.Commun. 2012, 48, 8823.
66	Nath B. ; Li W.-H. ; Huang J.-H. ; Wang G.-E. ; Fu Z.-H. ; Yao M.-S. ; Xu G. CrystEngComm. 2016, 18, 4259.
67	Li Y. ; Yang R. T. AIChE J. 2008, 54, 269.
68	Lanni L. M. ; Tilford R. W. ; Bharathy M. ; Lavigne J. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13975.
69	DeBlase C. R. ; Silberstein K. E. ; Truong T.-T. ; Abru?a H. D. ; Dichtel W. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16821.
70	Matsumoto M. ; Dasari R. R. ; Ji W. ; Feriante C. H. ; Parker T. C. ; Marder S. R. ; Dichtel W. R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4999.
71	Li Z. ; Zhi Y. ; Feng X. ; Ding X. ; Zou Y. ; Liu X. ; Mu Y. Chem. Eur. J. 2015, 21, 12079.
72	Li Z. ; Zhang Y. ; Xia H. ; Mu Y. ; Liu X. Chem. Commun. 2016, 52, 6613.
73	Fang Q. ; Zhuang Z. ; Gu S. ; Kaspar R. B. ; Zheng J. ; Wang J. ; Qiu S. ; Yan Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4503.
74	Palkovits R. ; Antonietti M. ; Kuhn P. ; Thomas A. ; Schüth F. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6909.
75	Chan-Thaw C. E. ; Villa A. ; Katekomol P. ; Su D. ; Thomas A. ; Prati L. Nano Lett. 2010, 10, 537.
76	Chan-Thaw C. E. ; Villa A. ; Prati L. ; Thomas A. Chem. Eur. J. 2011, 17, 1052.
77	Peng Y. ; Wong W. K. ; Hu Z. ; Cheng Y. ; Yuan D. ; Khan S. A. ; Zhao D. Chem. Mater. 2016, 28, 5095.
78	Colson J. W. ; Woll A. R. ; Mukherjee A. ; Levendorf M. P. ; Spitler E. L. ; Shields V. B. ; Spencer M. G. ; Park J. ; Dichtel W. R. Science 2011, 332, 228.
79	Bojdys M. J. ; Jeromenok J. ; Thomas A. ; Antonietti M. Adv. Mater. 2010, 22, 2202.
80	Kappe C. O. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 6250.
81	Kappe C. O. ; Dallinger D. Mol. Divers. 2009, 13, 71.
82	Campbell N. L. ; Clowes R. ; Ritchie L. K. ; Cooper A. I. Chem. Mater. 2009, 21, 204.
83	Biswal B. P. ; Chandra S. ; Kandambeth S. ; Lukose B. ; Heine T. ; Banerjee R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5328.
84	Tilford R. W. ; Gemmill W. R. ; zur Loye H. C. ; Lavigne J. J. Chem. Mater. 2006, 18, 5296.
85	Tilford R. W. ; Mugavero S. J. ; Pellechia P. J. ; Lavigne J. J. Adv. Mater. 2008, 20, 2741.
86	Yang C.-X. ; Liu C. ; Cao Y.-M. ; Yan X. -P. Chem. Commun. 2015, 51, 12254.
87	Nagai A. ; Guo Z. ; Feng X. ; Jin S. ; Chen X. ; Ding X. ; Jiang D. Nat. Commun. 2011, 2, 536.
88	Ding S.-Y. ; Gao J. ; Wang Q. ; Zhang Y. ; Song W.-G. ; Su C.-Y. ; Wang W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19816.
89	Kandambeth S. ; Venkatesh V. ; Shinde D. B. ; Kumari S. ; Halder A. ; Verma S. ; Banerjee R. Nat. Commun. 2015, 6, 6786.
90	Xu H. ; Gao J. ; Jiang D. Nature Chem. 2015, 7, 905.
91	Kandambeth S. ; Shinde D. B. ; Panda M. K. ; Lukose B. ; Heine T. ; Banerjee R. Angew. Chem. 2013, 125, 13290.
92	Zhao S. ; Dong B. ; Ge R. ; Wang C. ; Song X. ; Ma W. ; Wang Y. ; Hao C. ; Guo X. ; Gao Y. RSC Adv. 2016, 6, 38774.
93	Huang N. ; Krishna R. ; Jiang D. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7079.
94	Stegbauer L. ; Hahn M. W. ; Jentys A. ; Savasci G. ; Ochsenfeld C. ; Lercher J. A. ; Lotsch B. V. Chem. Mater. 2015, 27, 7874.
95	Lin S. ; Diercks C. S. ; Zhang Y.-B. ; Kornienko N. ; Nichols E. M. ; Zhao Y. ; Paris A. R. ; Kim D. ; Yang P. ; Yaghi O. M. ; Chang C. J. Science 2015, 349, 1208.
96	Stegbauer L. ; Schwinghammer K. ; Lotsch B. V. Chem. Sci 2014, 5, 2789.
97	Waller P. J. ; Lyle S. J. ; Osborn Popp T. M. ; Diercks C. S. ; Reimer J. A. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15519.
98	Schlapbach L. ; Züttel A. Nature 2001, 414, 353.
99	Graetz J. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 73.
100	Lin C.-Y. ; Zhang L. ; Zhao Z. ; Xia Z. Adv. Mater. 2017, 1606635.
101	Corma A. Chem. Rev. 1997, 97, 2373.
102	Kalidindi S. B. ; Yusenko K. ; Fischer R. A. Chem. Commun. 2011, 47, 8506.
103	Wang X. ; Han X. ; Zhang J. ; Wu X. ; Liu Y. ; Cui Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12332.
104	Xu H.-S. ; Ding S.-Y. ; An W.-K. ; Wu H. ; Wang W. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11489.
105	Sun Q. ; Aguila B. ; Perman J. ; Nguyen N. Ma. S. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15790.
106	Pachfule P. ; Panda M. K. ; Kandambeth S. ; Shivaprasad S. M. ; Díaz D. D. ; Banerjee R. J. Mater. Chem. A. 2014, 2, 7944.
107	Ding X. ; Chen L. ; Honsho Y. ; Feng X. ; Saengsawang O. ; Guo J. ; Saeki A. ; Seki S. ; Irle S. ; Nagase S. ; Parasuk V. ; Jiang D. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14510.
108	Huang N. ; Ding X. ; Kim J. ; Ihee H. ; Jiang D. Angew. Chem. 2015, 127, 8828.
109	Butchosa C. ; Mcdonald T. O. ; Cooper A. I. ; Adams D. J. ; Zwijnenburg M. A. J. Phys. Chem. C. 2014, 118, 4314.
110	Chandra S. ; Chowdhury D. R. ; Addicoat M. ; Heine T. ; Paul A. ; Banerjee R. Chem. Mater 2017, 29, 2074.
111	Doonan C. J. ; Tranchemontagne D. J. ; Glover T. G. ; Hunt J. R. ; Yaghi O. M. Nat. Chem. 2010, 2, 235.
112	Wan S. ; Guo J. ; Kim J. ; Ihee H. ; Jiang D. Angew. Chem. 2008, 120, 8958.

[1]	Weifeng Xia, Chengyu Ji, Rui Wang, Shilun Qiu, Qianrong Fang. Metal-Free Tetrathiafulvalene Based Covalent Organic Framework for Efficient Oxygen Evolution Reaction [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2023, 39(9): 2212057-0.
[2]	Shuai Chen, Chuang Yu, Qiyue Luo, Chaochao Wei, Liping Li, Guangshe Li, Shijie Cheng, Jia Xie. Research Progress of Lithium Metal Halide Solid Electrolytes [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2023, 39(8): 2210032-0.
[3]	Zhou Xia, Yuanlong Shao. Wet Spinning Assembled Graphene Fiber: Processing, Structure, Property, and Smart Applications [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(9): 2103046-.
[4]	Yeye Wen, Ming Ren, Jiangtao Di, Jin Zhang. Application of Carbonene Materials for Artificial Muscles [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(9): 2107006-.
[5]	Hang Zhou, Kun Jiao. Carbonene Materials Modified High-Performance Polymer Fibers: Preparation, Properties, and Applications [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(9): 2111041-.
[6]	Xiaohui Cao, Chengyi Hou, Yaogang Li, Kerui Li, Qinghong Zhang, Hongzhi Wang. MXenes-Based Functional Fibers and Their Applications in the Intelligent Wearable Field [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(9): 2204058-.
[7]	Yuke Song, Wenfu Xie, Mingfei Shao. Recent Advances in Integrated Electrode for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(6): 2101028-.
[8]	Lei Wang, Tantan Sun, Nana Yan, Xiaona Liu, Chao Ma, Shutao Xu, Peng Guo, Peng Tian, Zhongmin Liu. Acid Properties of SAPO-34 Molecular Sieves with Different Si Contents Templated by Various Organic Structure-Directing Agents [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(4): 2003046-.
[9]	Ying Liu, Xiaofang Liu, Lin Xia, Chaojie Huang, Zhaoxuan Wu, Hui Wang, Yuhan Sun. Methanol Synthesis by CO_x Hydrogenation over Cu/ZnO/Al₂O₃ Catalyst via Hydrotalcite-Like Precursors: the Role of CO in the Reactant Mixture [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(3): 2002017-.
[10]	Bei Jiang, Jingyu Sun, Zhongfan Liu. Synthesis of Graphene Wafers: from Lab to Fab [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(2): 2007068-.
[11]	Muqiang Jian, Yingying Zhang, Zhongfan Liu. Graphene Fibers: Preparation, Properties, and Applications [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(2): 2007093-.
[12]	Jian Wang, Bo Yin, Tian Gao, Xingyi Wang, Wang Li, Xingxing Hong, Zhuqing Wang, Haiyong He. Reduced Graphene Oxide Modified Few-Layer Exfoliated Graphite to Enhance the Stability of the Negative Electrode of a Graphite-Based Potassium Ion Battery [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(2): 2012088-.
[13]	Yan Yang, Bowen He, Hualong Ma, Sen Yang, Zhouhong Ren, Tian Qin, Fagui Lu, Liwen Ren, Yixiao Zhang, Tianfu Wang, Xi Liu, Liwei Chen. PtRuAgCoNi High-Entropy Alloy Nanoparticles for High-Efficiency Electrocatalytic Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(12): 2201050-.
[14]	Yichen Du, Zhuangzhuang Zhang, Yifan Xu, Jianchun Bao, Xiaosi Zhou. Metal Sulfide-Based Potassium-Ion Battery Anodes: Storage Mechanisms and Synthesis Strategies [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(11): 2205017-.
[15]	Xueling Lang, Shutao Lei, Bolong Li, Xiaohong Li, Bing Ma, Chen Zhao. Approaches for the Synthesis of High-Melting Waxes: A Review [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2022, 38(10): 2204045-.

Advances in Covalent Organic Frameworks

RichHTML

PDF

Like

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

References

Related Articles 15

Metrics

Recommended 0