Covalent Organic Frameworks

Covalent organic frameworks sind kovalent verbundene, rein organische Strukturen mit ausgedehnten, periodischen Architekturen in zwei oder drei Dimensionen. Für die Bildung von COFs ist es im Allgemeinen erforderlich, dass die Kondensationsreaktion reversibel oder dynamisch abläuft, d. h. die chemischen Bindungen des sich bildenden Polymernetzwerks müssen sich schließen und öffnen, was zu einer thermodynamisch (meta)stabilen, aber kristallinen Struktur führt. Um kovalent gebundene organische Gerüste zu erzeugen, müssen entweder kovalente Bindungsschemata identifiziert werden, die eher schwach sind und sich daher unter milden Bedingungen wieder öffnen können, oder es müssen härtere Reaktionsbedingungen angewandt werden, die jedoch selektiv und reversibel eine bestimmte Bindung im Netzwerk öffnen und schließen müssen. COFs wurden in unserer Gruppe durch Trimerisierung von Dicyano-Verbindungen synthetisiert. Um die Reversibilität zu ermöglichen, musste die Reaktion unter wesentlich härteren Reaktionsbedingungen durchgeführt werden. Die Trimerisierung von 1,4-Dicyanobenzol in geschmolzenem Zinkchlorid bei 400°C ergibt covalent triazine-based frameworks (CTF) mit hoher chemischer und thermischer Robustheit. Die Synthese in Salzschmelzen ermöglicht auch die Herstellung von Netzwerken bei noch höheren Temperaturen, wodurch Materialien mit hierarchischen Porenstrukturen und hohen Oberflächen von bis zu 3000 m2/g entstehen. Die Bildung der Triazinringe führt zu einem hohen Anteil an Heteroatomen in den Netzwerken, die z. B. für die Koordination und damit Stabilisierung von Metallnanopartikeln genutzt werden können, wodurch aktive und stabile Katalysatoren entstehen.