Het zijn vooral goede fotokatalysatoren voor de productie van waterstof door water te splitsen met zonne-energie:covalente organische raamwerken op basis van triazinen. Voor deze toepassing, de kaders moeten in een mooie regelmatige kristallijne vorm zijn. In het journaal Angewandte Chemie , wetenschappers hebben nu een eenvoudige methode geïntroduceerd voor het synthetiseren van kristallijne covalente triazine-frameworks.

Triazinen bestaan ​​uit heteroaromatische ringen die drie koolstofatomen en drie stikstofatomen bevatten. Op triazine gebaseerde polymere raamwerken worden gemaakt door de polycondensatie van twee soorten monomeren, d.w.z. aromatische ringsystemen met twee aldehydegroepen en aromatische ringen met twee aminebevattende groepen. Deze eindgroepen reageren met elkaar om triazineringen te vormen en verbinden de monomeren tot tweedimensionale webachtige lagen. Binnen het kristal, de polymeerlagen zijn precies gestapeld zodat de "webben" kanalen vormen die helemaal door de polymeersteiger lopen.

Triazine-raamwerken zijn helaas moeilijk als kristallen te verkrijgen omdat de bij de polycondensatie gevormde dubbele koolstof-stikstofbindingen erg sterk zijn. Hoe sterker de bindingen binnen de kaders, hoe moeilijker het is om dergelijke verbindingen te kristalliseren. Het gebruikelijke kristallisatieproces is een evenwichtsreactie waarbij bindingen worden gevormd en vervolgens worden opgelost, waardoor grotere kristallen kunnen worden gevormd ten koste van kleinere. Sterke bindingen breken niet gemakkelijk, zodat veel kleine kristallen intact blijven en worden samengeklonterd tot een amorf poeder.

Onderzoekers van de Huazhong University of Science and Technology (Wuhan, China), Luoyang Normal University (Luoyang, China), en de Universiteit van Liverpool (VK) hebben nu een nieuwe strategie geïntroduceerd om zeer kristallijne triazine-frameworks te verkrijgen. In plaats van een evenwichtsreactie, ze gebruikten een "open systeem", waarbij een van de twee monomeren zeer langzaam aan het systeem wordt toegevoegd. Dit is mogelijk omdat aldehyden kunnen worden gevormd tijdens de reactie (in situ) door de oxidatie van alcoholen - een reactie waarvan de snelheid gemakkelijk en betrouwbaar kan worden geregeld door temperatuurregeling. Op deze manier, er worden aanvankelijk slechts zeer weinig kristallisatiekernen gevormd, die uitgroeien tot grotere kristallen van hoge kwaliteit naarmate de reactie vordert.

Beginnend met verschillende alcoholen, het team onder leiding van Bien Tan en Shangbin Jin was in staat om een ​​reeks covalente en kristallijne triazine-frameworks te produceren. De kristallen vertoonden een hogere thermische stabiliteit dan de kleinere of niet-kristallijne triazineraamwerken. Het belangrijkste is, echter, hun efficiëntie als fotokatalysator voor de productie van waterstof is zeer hoog. De hogere fotokatalytische activiteit is vanwege het aanzienlijk verbeterde transport van ladingsdragers geproduceerd door bestraling in het reguliere kristal, en de absorptie van een breder spectrum van licht.

Deze nieuwe en eenvoudige synthetische benadering kan het startpunt zijn voor de industriële productie van kristallijne triazine-raamwerken.