Jüngste Fortschritte bei der Entwicklung photo- und elektroaktiver organischer Gerüste mit Wasserstoffbrücken

HOFs sind eine Klasse kristalliner poröser Materialien mit vorhersagbaren Topologien und abstimmbaren Strukturen. Sie wurden anfänglich durch relativ schwache Wasserstoffbrückenbindungen behindert, da viele HOFs beim Entfernen des Gastlösungsmittels zusammenbrechen. Kürzlich konnte die thermische Stabilität von HOFs durch die Entwicklung von Konstruktoren mit großen π-konjugierten Systemen zur Bildung intermolekularer formpassender π-π-Stapelwechselwirkungen erheblich verbessert werden. Noch wichtiger ist, dass diese HOFs mit großen π-konjugierten Strukturen den Elektronentransfer beschleunigen können, wenn Redoxreaktionen aufgrund der überlappenden sterischen Orbitalwechselwirkungen auftreten.

Diese intrinsischen optoelektronischen Eigenschaften machen HOFs zu einer attraktiven und einzigartigen Klasse photoaktiver und elektroaktiver poröser Materialien für Katalyse, Sensorik und biomedizinische Anwendungen. Basierend auf der Formanpassungs-π-π-Stapelstrategie wurden verschiedene photoaktive und elektroaktive HOFs mit hervorragenden Eigenschaften konstruiert, indem verschiedene Liganden verwendet wurden, die photosensitive oder redoxaktive organische Kerne mit Wasserstoffbrückenbindungsstellen enthalten. Veröffentlicht in Wissenschaft China Chemiefasst dieser kurze Aufsatz die jüngsten Fortschritte bei der Entwicklung optisch und elektroaktiver HOFs zusammen, einschließlich Synthesemethoden und verschiedener Anwendungen.

Die Entwicklung und Anwendung von HOFs steckt im Vergleich zu ausgereiften MOFs und COFs noch in den Kinderschuhen, sodass noch viele Herausforderungen zu bewältigen sind und potenzielle Möglichkeiten zur Nutzung von HOFs bestehen. Erstens muss das Potenzial von HOFs im Bereich der Elektrokatalyse noch ausgeschöpft werden.

Zweitens, obwohl HOFs ein großes Potenzial in der heterogenen Katalyse aufweisen, wurden ihre nanoskaligen bis mikroskaligen Morphologien nicht systematisch untersucht. Es hat sich gezeigt, dass die Morphologie von MOF-basierten Katalysatoren ein entscheidender Einflussfaktor bei der Bestimmung der katalytischen Leistung ist. Aufgrund der Lösungsverarbeitbarkeit und Anpassungsfähigkeit von HOF gibt es viele Möglichkeiten, die Wirkung der HOF-Morphologie auf die Leistung zu untersuchen.

Drittens erweitert und verbessert die Einführung von Metallnanopartikeln in die Nanoporen von HOFs die Anwendungsmöglichkeiten von HOFs erheblich. Die möglichen Koordinationswechselwirkungen zwischen Metallionen und Wasserstoffbrückenbindungsstellen können jedoch zur Bildung von Metall-Ligand-Komplexen führen und die Phasenreinheit von HOFs beeinträchtigen. Daher sollte darauf geachtet werden, diese Situation zu vermeiden. Obwohl sich HOFs bisher als funktionelle photoaktive und elektroaktive Materialien als vielversprechend erwiesen haben, bedarf es noch viel Forschungsarbeit, um sein volles Potenzial auszuschöpfen.