De är särskilt bra fotokatalysatorer för produktion av väte genom att dela vatten med solenergi:kovalenta organiska ramverk baserade på triaziner. För denna applikation, ramarna måste vara i en trevlig vanlig kristallin form. I journalen Angewandte Chemie , forskare har nu introducerat en enkel metod för att syntetisera kristallina kovalenta triazinstrukturer.

Triaziner består av heteroaromatiska ringar som innehåller tre kol- och tre kväveatomer. Triazinbaserade polymera ramverk tillverkas genom polykondensation av två typer av monomerer, dvs. aromatiska ringsystem med två aldehydgrupper och aromatiska ringar med två amininnehållande grupper. Dessa terminala grupper reagerar med varandra för att bilda triazinringar och förbinder monomererna till tvådimensionella banliknande skikt. Inuti kristallen, polymerskikten är exakt staplade så att "banorna" bildar kanaler som passerar hela vägen genom polymerställningen.

Triazinstrukturer är tyvärr svåra att få som kristaller eftersom kol-kväve-dubbelbindningarna som bildas i polykondensationen är mycket starka. Ju starkare banden är inom ramarna, desto svårare är det att kristallisera sådana föreningar. Den vanliga kristallisationsprocessen är en jämviktsreaktion där bindningar bildas och sedan löses upp, tillåta större kristaller att bildas på bekostnad av mindre. Starka band bryts inte lätt, så att många små kristaller förblir intakta och klumpas ihop till ett amorft pulver.

Forskare vid Huazhong University of Science and Technology (Wuhan, Kina), Luoyang Normal University (Luoyang, Kina), och University of Liverpool (UK) har nu introducerat en ny strategi för att erhålla högkristallina triazin-ramverk. Istället för en jämviktsreaktion, de använde ett "öppet system", där en av de två monomererna tillsätts till systemet mycket långsamt. Detta är möjligt eftersom aldehyder kan bildas under reaktionen (in situ) genom oxidation av alkoholer - en reaktion vars hastighet lätt och tillförlitligt kan kontrolleras genom temperaturkontroll. På det här sättet, endast mycket få kristallisationskärnor bildas initialt, som växer till större och högkvalitativa kristaller allt eftersom reaktionen fortsätter.

Börjar med olika alkoholer, teamet ledd av Bien Tan och Shangbin Jin kunde producera en serie kovalenta och kristallina triazinstrukturer. Kristallerna uppvisade högre termisk stabilitet än de mindre eller icke-kristallina triazinstrukturerna. Viktigast, dock, deras effektivitet som fotokatalysatorer för produktion av väte är mycket hög. Den högre fotokatalytiska aktiviteten beror på den avsevärt förbättrade transporten av laddningsbärare som produceras av bestrålning i den vanliga kristallen, och absorptionen av ett bredare spektrum av ljus.

Detta nya och enkla syntetiska tillvägagångssätt kan vara utgångspunkten för industriell produktion av kristallina triazinskenor.