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液體對我們來說並不陌生，如作為生命之源的水。但你有沒有想過，液體除了能流動，自身還具有永久孔隙率，甚至它的孔腔還能像海綿一樣會“呼吸”？今天，就帶大家認識一種神奇的材料——液態多孔COF，它不僅會“呼吸”，還能在很多領域大顯身手。
在工業領域中，存在大量的氣-液-固反應流程，但多孔固體的空腔幾乎被溶劑所佔據。此外，受限於氣體在傳統液體中的低溶解度，從而限制了傳質效率和生產效率。而多孔液體內部擁有大量的孔隙，氣體分子可以吸附在這些孔道中，就像吸附在海綿上一樣，從而可以顯著增加氣體在液體中的溶解度。
基於此，研究者透過在COF外表面修飾-離子交換的方法，製備了首例室溫下液態COF材料（COF-301-PL）。相關成果發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR），中國科學院福建物質結構研究所陳子奧博士為論文的第一作者，中國科學院福建物質結構研究所黃遠標研究員為通訊作者。
多孔液態COF材料的設計合成與示意圖
這種液態COF材料神奇的地方在於，它的孔隙可以像呼吸一樣，隨著外界環境氣壓的變化而動態調整。當有大量氣體分子進入到孔道時，孔隙會張開“迎接”它們；而當氣體分子離開時，孔隙又會閉合“送別”它們。這種“呼吸”能力讓液態COF在氣體吸附和催化轉化方面表現更為出色。
COF-301-PL與不同吸附質對CO2的催化轉化能力
在以CO2與環氧氯丙烷為底物的模型反應中，COF-301-PL展現出對於CO2顯著增強的催化轉化效能。與COF-301固體粉末或PEGS液態客體溶劑相比，其對於CO2的轉化效率提升了17倍與24倍。此外，透過進一步研究發現，與無孔的液態客體溶劑PEGS相比，COF-301-PL在提升外加環境壓力時，其對CO2的轉化效率會隨環境壓力的增加而產生顯著的增量。
COF-301由於“呼吸效應”帶來的結構與孔隙變化
研究者指出，由於用於構築COF-301-PL的多孔主體是柔性網路框架，其被CO2分子填充或脫附時，孔隙能夠自發地發生可逆膨脹或收縮。就像“呼吸”一樣。正是基於這個原因，COF-301-PL繼承了多孔主體框架的“呼吸”能力，因此在高壓環境下展現出顯著增強的CO2吸附與催化轉化效能。
液態COF材料的出現，為多孔材料領域帶來了新的發展機遇。隨著研究的深入，液態柔性多孔材料將會在科學研究和技術應用領域取得更多突破，進而在更多領域發揮重要作用。
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