莱斯大学的工程师们已经开发出一种创新的方法来制造共价有机框架(COFs)，这种特殊材料可以用来捕获气体、过滤水和加速化学反应。COFs有潜力解决重大的环境挑战，包括能源储存和污染控制。这方面的一个例子是它们在"永久化学品"或全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)的净化方面的潜在用途。
莱斯大学化学工程师Rafael Verduzco和他的团队在《ACS应用材料与界面》杂志上发表的一项研究中描述了一种低成本、高通量合成高质量COFs的新方法，该研究将在该杂志未来一期的封面上刊登。这项工作包括对不同合成方法的优点和缺点的仔细分析，并详细介绍了一种通用的、具有成本效益的制造COFs的方法。这包括一个多流微反应器和输入输出过程的仔细校准。
“我们建立了一个小型的连续生产系统，就像实验室工作台上的一个小型工厂，在这里，COFs的成分是在一个稳定的流中混合和反应的，而不是在一个大容器里一次全部反应，”莱斯大学的博士生校友、该研究的第一作者萨菲亚·哈利勒(Safiya Khalil)说。
研究人员还发现，通过流动合成生产的一种COFs比使用其他方法生产的COFs在分解全氟辛酸(PFOA)方面更好，全氟辛酸是一种与许多健康风险相关的全氟辛酸化合物，包括癌症和生殖危害。
“这是一个令人鼓舞的发现，它增加了越来越多的证据，表明COFs可能在开发更清洁、更有效的污染物去除技术方面发挥关键作用，”Verduzco说，他是赖斯大学化学和生物分子工程教授兼副主席，也是该研究的通讯作者。
COFs是由微小的重复单元连接在一起形成微观海绵状结构的结晶聚合物。这些材料以其孔隙度，大表面积和可调节的分子结构而脱颖而出，这些特征可以用于广泛的应用，包括半导体，传感器，药物输送和过滤。然而，生产COFs的过程缓慢而昂贵，限制了它们的广泛应用。
“我们希望这种方法能使大量生产COFs变得更容易，并有助于加速新配方的发现，”哈利勒说，她在莱斯大学获得化学和生物分子工程博士学位，在那里她是Verduzco聚合物工程实验室的一部分。
哈利勒将这种新方法比作制作小批量的饼干，而不是一次烤一大批。虽然这不是第一次使用流动反应器合成来制造COFs，但莱斯大学研究人员的方法从以前的方法中脱颖而出，因为它集成了两种不同的COF化学物质的连续合成和处理，从而产生了更多样化的宏观形式。
哈利勒说:“这种方法可以让你不断地吃到新鲜的饼干，同时控制温度和每一步的混合，每次都能得到最好的质量。”“这个过程更快，消耗更少的能源，并且可以更好地控制最终产品。”
传统的COF合成需要使用高温、高压和有毒的有机溶剂，限制了COF的广泛生产和使用。研究人员的流动合成策略不仅可以更快地生产COF，还可以创造具有优异结晶度的COFs。
新合成的COFs之一在分解“永久化学物质”方面非常有效的证据，展示了新方法的实际好处。分解过程称为光催化降解，由光激活并在室温下发生。
哈利勒说:“把这些COFs想象成强大的海绵，内置‘阳光引擎’，可以比目前的方法更快地分解有害化学物质。”“我们合成的一种COFs在分解PFOA方面比二氧化钛等传统材料更有效，二氧化钛是一种用于污染控制的常见光催化剂。”
