Kovalente organische Gerüste (COFs) sind eine funktionelle Materialklasse, die Energie nutzbar machen, umwandeln und speichern kann. Nach fast 20 Jahren Forschung gibt es jedoch keine kohärenten Vorhersageregeln für ihre Synthesebedingungen. Dies liegt zum Teil an einem unvollständigen Bild von Keimbildung und Wachstum in den frühen Phasen der Bildung. Hier verwenden wir die optische Technik der interferometrischen Streuungsmikroskopie (iSCAT)1,2,3 für In-Operando-Studien der COF-Polymerisation und Gerüstbildung. Wir beobachten eine Flüssig-Flüssig-Phasentrennung, was auf die Existenz strukturierter Lösungsmittel in Form von tensidfreien (Mikro-)Emulsionen bei der konventionellen COF-Synthese hindeutet.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Rolle der Lösungsmittel über die Löslichkeit hinausgeht und sie durch die Kompartimentierung von Reaktanten und Katalysator kinetische Modulationen bewirken. Unter Ausnutzung dieser Beobachtungen entwickeln wir ein Syntheseprotokoll für COFs, bei dem Raumtemperatur statt erhöhter Temperaturen verwendet wird. Diese Arbeit verbindet die Gerüstsynthese mit Flüssigphasendiagrammen und ermöglicht so eine aktive Gestaltung der Reaktionsumgebung. Sie unterstreicht, dass die Visualisierung chemischer Reaktionen mit Hilfe von auf Lichtstreuung basierenden Techniken ein leistungsstarker Ansatz sein kann, um die rationale Materialsynthese voranzutreiben.
Quelle: Early stages of covalent organic framework formation imaged in operando