Ionic Covalent Organic Framework as a Dual Functional Sensor for Temperature and Humidity.
humidity sensor
ionic covalent organic framework
stimuli-responsive materials
temperature sensor
Journal
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
ISSN: 1613-6829
Titre abrégé: Small
Pays: Germany
ID NLM: 101235338
Informations de publication
Date de publication:
23 Feb 2024
23 Feb 2024
Historique:
revised:
07
02
2024
received:
30
11
2023
medline:
24
2
2024
pubmed:
24
2
2024
entrez:
24
2
2024
Statut:
aheadofprint
Résumé
Visual sensing of humidity and temperature by solids plays an important role in the everyday life and in industrial processes. Due to their hydrophobic nature, most covalent organic framework (COF) sensors often exhibit poor optical response when exposed to moisture. To overcome this challenge, the optical response is set out to improve, to moisture by incorporating H-bonding ionic functionalities into the COF network. A highly sensitive COF, consisting of guanidinium and diformylpyridine linkers (TG-DFP), capable of detecting changes in temperature and moisture content is fabricated. The hydrophilic nature of the framework enables enhanced water uptake, allowing the trapped water molecules to form a large number of hydrogen bonds. Despite the presence of non-emissive building blocks, the H-bonds restrict internal bond rotation within the COF, leading to reversible fluorescence and solid-state optical hydrochromism in response to relative humidity and temperature.
Identifiants
pubmed: 38396219
doi: 10.1002/smll.202311064
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2311064Subventions
Organisme : NYUAD Research Institute Award
ID : CG007
Organisme : NYUAD
Organisme : Sandooq Al Watan
ID : SWARD-S22-014
Organisme : Sandooq Al Watan
ID : PRJ-SWARD-628
Organisme : EPSRC
ID : EP/S015868/1
Organisme : HPC resources on Young, via the Materials Chemistry Consortium
ID : EP/T022213
Organisme : UAE University
ID : 12S106
Informations de copyright
© 2024 Wiley-VCH GmbH.
Références
a) M. De Bastiani, M. I. Saidaminov, I. Dursun, L. Sinatra, W. Peng, U. Buttner, O. F. Mohammed, O. M. Bakr, Chem. Mater. 2017, 29, 3367;
b) M. Dharmarwardana, B. M. Otten, M. M. Ghimire, B. S. Arimilli, C. M. Williams, S. Boateng, Z. Lu, G. T. McCandless, J. J. Gassensmith, M. A. Omary, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2021, 118, e2106572118;
c) Y. Gao, P. Jing, N. Yan, M. Hilbers, H. Zhang, G. Rothenberg, S. Tanase, Chem. Commun. 2017, 53, 4465;
d) L. Tom, M. R. P. Kurup, J. Mater. Chem. C 2020, 8, 2525;
e) B.-X. Li, Z. Luo, W.-G. Yang, H. Sun, Y. Ding, Z.-Z. Yu, D. Yang, ACS Nano 2023, 17, 6875;
f) W. Zhang, X. Huang, W. Liu, Z. Gao, L. Zhong, Y. Qin, B. Li, J. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 4469.
a) S. Jhulki, A. M. Evans, X.-L. Hao, M. W. Cooper, C. H. Feriante, J. Leisen, H. Li, D. Lam, M. C. Hersam, S. Barlow, J.-L. Brédas, W. R. Dichtel, S. R. Marder, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 783;
b) H. S. Jung, P. Verwilst, W. Y. Kim, J. S. Kim, Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 1242;
c) P. Kumar, R. Sakla, A. Ghosh, D. A. Jose, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 25600;
d) Y.-J. Gao, G. Romolini, H. Huang, H. Jin, R. A. Saha, B. Ghosh, M. De Ras, C. Wang, J. A. Steele, E. Debroye, J. Hofkens, M. B. J. Roeffaers, J. Mater. Chem. C 2022, 10, 12191;
e) W. Huang, Y. Jiang, X. Li, X. Li, J. Wang, Q. Wu, X. Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 8845.
a) M. Chen, Y. He, H. Liang, H. Zhou, X. Wang, X. Heng, Z. Zhang, J. Gan, Z. Yang, ACS Photonics 2022, 9, 1415;
b) Z. Duan, Y. Jiang, H. Tai, J. Mater. Chem. C 2021, 9, 14963;
c) F. Güder, A. Ainla, J. Redston, B. Mosadegh, A. Glavan, T. J. Martin, G. M. Whitesides, Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 5727;
d) Q. Hua, J. Sun, H. Liu, R. Bao, R. Yu, J. Zhai, C. Pan, Z. L. Wang, Nat. Commun. 2018, 9, 244.
a) Z. Zhang, T. Lu, D. Yang, S. Lu, R. Cai, W. Tan, Small 2022, 18, 2203334;
b) L. Zhou, J.-F. Liao, Z.-G. Huang, J.-H. Wei, X.-D. Wang, W.-G. Li, H.-Y. Chen, D.-B. Kuang, C.-Y. Su, Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 5277;
c) S. Miho, T. Fumoto, Y. Mise, K. Imato, S. Akiyama, M. Ishida, Y. Ooyama, Mater. Adv. 2021, 2, 7662;
d) S. Rauf, M. T. Vijjapu, M. A. Andrés, I. Gascón, O. Roubeau, M. Eddaoudi, K. N. Salama, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 35071;
e) K. Szendrei, A. Jiménez-Solano, G. Lozano, B. V. Lotsch, H. Míguez, Adv. Opt. Mater. 2017, 5, 1700663;
f) H.-Q. Yin, J.-C. Yang, X.-B. Yin, Anal. Chem. 2017, 89, 13434;
g) A. Zadehnazari, A. Khosropour, A. A. Altaf, S. Amirjalayer, A. Abbaspourrad, Adv. Opt. Mater. 2023, 11, 2300412;
h) X. Zhai, P. Feng, N. Song, G. Zhao, Q. Liu, L. Liu, M. Tang, Y. Tang, Inorg. Chem. Front. 2022, 9, 1406;
i) L. Zhan, Y. Tang, W. Ning, G. Xie, C. Zhong, S. Gong, C. Yang, Chem. Eng. J. 2023, 454, 140182.
A. Theodosiou, P. Savva, E. Mendoza, M. F. Petrou, K. Kalli, IEEE Sens. J. 2021, 21, 16086.
H. Singh, V. K. Tomer, N. Jena, I. Bala, N. Sharma, D. Nepak, A. De Sarkar, K. Kailasam, S. K. Pal, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 21820.
S. Gopalakrishnan, J. Waimin, A. Zareei, S. Sedaghat, N. Raghunathan, A. Shakouri, R. Rahimi, Sci. Rep. 2022, 12, 8011.
R. Das, S. Bej, H. Hirani, P. Banerjee, ACS Omega 2021, 6, 14104.
a) W. Jeong, J. Song, J. Bae, K. R. Nandanapalli, S. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 44758;
b) L. Ma, R. Wu, A. Patil, S. Zhu, Z. Meng, H. Meng, C. Hou, Y. Zhang, Q. Liu, R. Yu, J. Wang, N. Lin, X. Y. Liu, Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1904549.
J. Lee, Macromol. Biosci. 2005, 5, 1085.
T. Delipinar, A. Shafique, M. S. Gohar, M. K. Yapici, ACS Omega 2021, 6, 8744.
a) N. Herzer, H. Guneysu, D. J. D. Davies, D. Yildirim, A. R. Vaccaro, D. J. Broer, C. W. M. Bastiaansen, A. P. H. J. Schenning, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7608;
b) X. Yu, X. Ge, L. Geng, H. Lan, J. Ren, Y. Li, T. Yi, Langmuir 2017, 33, 1090.
a) V. Montes-García, P. Samorì, Adv. Mater. 2023, 2208766;
b) M. A. Squillaci, X. Zhong, L. Peyruchat, C. Genet, T. W. Ebbesen, P. Samorì, Nanoscale 2019, 11, 19315.
a) U. Mogera, A. A. Sagade, S. J. George, G. U. Kulkarni, Sci. Rep. 2014, 4, 4103;
b) M. A. Squillaci, L. Ferlauto, Y. Zagranyarski, S. Milita, K. Müllen, P. Samorì, Adv. Mater. 2015, 27, 3170;
c) S. Samai, C. Sapsanis, S. P. Patil, A. Ezzeddine, B. A. Moosa, H. Omran, A.-H. Emwas, K. N. Salama, N. M. Khashab, Soft Matter 2016, 12, 2842;
d) S.-H. Hwang, D. Kang, R. S. Ruoff, H. S. Shin, Y.-B. Park, ACS Nano 2014, 8, 6739;
e) Y. Ma, X. Hu, S. Li, Y. He, Z. Xia, K. Cai, Macromol. Mater. Eng. 2022, 307, 2100686;
f) R. Lan, W. Shen, W. Yao, J. Chen, X. Chen, H. Yang, Mater. Horiz. 2023, 10, 2824;
g) Z. Sun, Z. Wang, Y. Ni, L. Xi, L. M. Roch, H. F. Nour, M. A. Olson, Chem. Commun. 2021, 57, 6554;
h) Z. Sun, Y. Ni, T. Prakasam, W. Liu, H. Wu, Z. Zhang, H. Di, K. K. Baldridge, A. Trabolsi, M. A. Olson, Chem. - Eur. J. 2021, 27, 9360;
i) H. F. Nour, T. El Malah, T. A. Khattab, M. A. Olson, Mater. Today Chem. 2020, 17, 100289;
j) Y. Ni, Z. Sun, Y. Wang, H. F. Nour, A. C. H. Sue, N. S. Finney, K. K. Baldridge, M. A. Olson, J. Mater. Chem. C 2019, 7, 7399;
k) Y. Xu, T. Yuan, H. F. Nour, L. Fang, M. A. Olson, Chem. - Eur. J. 2018, 24, 16558;
l) T. Yuan, Y. Xu, C. Zhu, Z. Jiang, H.-J. Sue, L. Fang, M. A. Olson, Chem. Mater 2017, 29, 9937;
m) T. Yuan, M. Vazquez, A. N. Goldner, Y. Xu, R. Contrucci, M. A. Firestone, M. A. Olson, L. Fang, Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 8604.
a) C. Chakraborty, U. Rana, S. Moriyama, M. Higuchi, ACS Appl. Polym. Mater. 2020, 2, 4149;
b) S. Schoelch, J. Vapaavuori, F.-G. Rollet, C. J. Barrett, Macromol. Rapid Commun. 2017, 38, 1600582.
a) S.-S. Bao, N.-Z. Li, J. M. Taylor, Y. Shen, H. Kitagawa, L.-M. Zheng, Chem. Mater 2015, 27, 8116;
b) J. M. Stangl, D. Dietrich, A. E. Sedykh, C. Janiak, K. Müller-Buschbaum, J. Mater. Chem. C 2018, 6, 9248;
c) H. Yu, C. Wang, F. Meng, J. Xiao, J. Liang, H. Kim, S. Bae, D. Zou, E.-S. Kim, N.-Y. Kim, M. Zhao, B. Li, Carbon 2021, 183, 578;
d) A. Karmakar, P. G. M. Mileo, I. Bok, S. B. Peh, J. Zhang, H. Yuan, G. Maurin, D. Zhao, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 11003;
e) Z. Du, F. Zhang, H. Lin, W. Guo, M. Tian, K. Yu, D. Gao, F. Qu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 10064;
f) M. Yang, S.-Q. Wang, Z. Liu, Y. Chen, M. J. Zaworotko, P. Cheng, J.-G. Ma, Z. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 7732.
L. Chen, J.-W. Ye, H.-P. Wang, M. Pan, S.-Y. Yin, Z.-W. Wei, L.-Y. Zhang, K. Wu, Y.-N. Fan, C.-Y. Su, Nat. Commun. 2017, 8, 15985.
a) S. Zuluaga, E. M. A. Fuentes-Fernandez, K. Tan, F. Xu, J. Li, Y. J. Chabal, T. Thonhauser, J. Mater. Chem. A 2016, 4, 5176;
b) P. M. Schoenecker, C. G. Carson, H. Jasuja, C. J. J. Flemming, K. S. Walton, Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 6513;
c) M. J. Kalmutzki, C. S. Diercks, O. M. Yaghi, Adv. Mater. 2018, 30, 1704304.
a) L. Guo, L. Yang, M. Li, L. Kuang, Y. Song, L. Wang, Coord. Chem. Rev. 2021, 440, 213957;
b) T. Skorjanc, D. Shetty, M. Valant, ACS Sens. 2021, 6, 1461;
c) G. Das, B. P. Biswal, S. Kandambeth, V. Venkatesh, G. Kaur, M. Addicoat, T. Heine, S. Verma, R. Banerjee, Chem. Sci. 2015, 6, 3931.
a) J. Dong, K. Zhang, X. Li, Y. Qian, H. Zhu, D. Yuan, Q.-H. Xu, J. Jiang, D. Zhao, Nat. Commun. 2017, 8, 1142;
b) P. Albacete, A. López-Moreno, S. Mena-Hernando, A. E. Platero-Prats, E. M. Pérez, F. Zamora, Chem. Commun. 2019, 55, 1382;
c) H.-Q. Yin, F. Yin, X.-B. Yin, Chem. Sci. 2019, 10, 1382;
d) S.-Y. Ding, M. Dong, Y.-W. Wang, Y.-T. Chen, H.-Z. Wang, C.-Y. Su, W. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3031.
a) G. Das, B. Garai, T. Prakasam, F. Benyettou, S. Varghese, S. K. Sharma, F. Gándara, R. Pasricha, M. Baias, R. Jagannathan, N. Saleh, M. Elhabiri, M. A. Olson, A. Trabolsi, Nat. Commun. 2022, 13, 3904;
b) W. Ma, S. Jiang, W. Zhang, B. Xu, W. Tian, Macromol. Rapid Commun. 2020, 41, 2000003.
c) C. Wu, L. Xia, S. Xia, B. Van der Bruggen, Y. Zhao, Small 2023, 19, 2206041;
d) Y. Zhao, N. Mamrol, W. A. Tarpeh, X. Yang, C. Gao, B. Van der Bruggen, Prog. Mater. Sci. 2022, 128, 100958.
L. Ascherl, E. W. Evans, M. Hennemann, D. Di Nuzzo, A. G. Hufnagel, M. Beetz, R. H. Friend, T. Clark, T. Bein, F. Auras, Nat. Commun. 2018, 9, 3802.
a) C. Guan, J. Cai, X. Liu, L. Guo, Sens. Actuators, B 2022, 355, 131323;
b) Y. Zhang, W. Zhang, Q. Li, C. Chen, Z. Zhang, Sens. Actuators, B 2020, 324, 128733.
a) L. Deng, X. Kang, T. Quan, L. Yang, S. Liu, K. Zhang, M. Gao, Z. Xia, D. Gao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 33449;
b) H.-L. Qian, C. Dai, C.-X. Yang, X.-P. Yan, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 24999;
c) S. Jiang, L. Meng, W. Ma, G. Pan, W. Zhang, Y. Zou, L. Liu, B. Xu, W. Tian, Mater. Chem. Front. 2021, 5, 4193.
a) W. K. Haug, E. M. Moscarello, E. R. Wolfson, P. L. McGrier, Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 839;
b) L. Bourda, A. M. Kaczmarek, M. Peng, S. Mohanty, H. Rijckaert, P. Van Der Voort, K. Van Hecke, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 37696;
c) P. Zhang, S. Chen, C. Zhu, L. Hou, W. Xian, X. Zuo, Q. Zhang, L. Zhang, S. Ma, Q. Sun, Nat. Commun. 2021, 12, 1844.
A. M. Kaczmarek, Y.-Y. Liu, M. K. Kaczmarek, H. Liu, F. Artizzu, L. D. Carlos, P. Van Der Voort, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 1932.
A. M. Kaczmarek, H. S. Jena, C. Krishnaraj, H. Rijckaert, S. K. P. Veerapandian, A. Meijerink, P. Van Der Voort, Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 3727.
X. Li, Q. Gao, J. Wang, Y. Chen, Z.-H. Chen, H.-S. Xu, W. Tang, K. Leng, G.-H. Ning, J. Wu, Q.-H. Xu, S. Y. Quek, Y. Lu, K. P. Loh, Nat. Commun. 2018, 9, 2335.
Y. Shi, S. Wang, W. Tao, J. Guo, S. Xie, Y. Ding, G. Xu, C. Chen, X. Sun, Z. Zhang, Z. He, P. Wei, B. Z. Tang, Nat. Commun. 2022, 13, 1882.
S. Nandi, H. D. Singh, P. Shekhar, D. Chakraborty, R. Kushwaha, R. Vaidhyanathan, J. Mater. Chem. A 2024, 12, 2839.
a) J. Häcker, D. H. Nguyen, T. Rommel, Z. Zhao-Karger, N. Wagner, K. A. Friedrich, ACS Energy Lett. 2022, 7, 1;
b) S. Wahl, S. M. El-Refaei, P. Amsalem, A. G. Buzanich, N. Koch, N. Pinna, Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 517;
c) M. El-Roz, H. Awala, F. Thibault-Starzyk, S. Mintova, Sens. Actuators, B 2017, 249, 114.
a) X.-X. Wang, B. Junker, C. Ewald, U. Weimar, X. Guo, N. Barsan, J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 3631;
b) H. Issa Hamoud, L. Wolski, I. Pankin, M. A. Bañares, M. Daturi, M. El-Roz, Top. Curr. Chem. 2022, 380, 37;
c) M. El-Roz, P. Bazin, T. Birsa Čelič, N. Zabukovec Logar, F. Thibault-Starzyk, J. Phys. Chem. C 2015, 119, 22570.
G. Das, S. Nagaraja, V. Sridurai, D. B. Shinde, M. Addicoat, T. Prakasam, F. Gándara, F. Ravaux, S. K. Sharma, G. G. Nair, Z. Lai, R. Jagannathan, M. A. Olson, A. Trabolsi, Chem. Mater 2019, 31, 4148.
B. Aradi, B. Hourahine, T. Frauenheim, J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5678.
J. Řezáč, J. Chem. Theory Comput. 2017, 13, 4804.
a) H. Singh, M. Devi, N. Jena, M. M. Iqbal, Y. Nailwal, A. De Sarkar, S. K. Pal, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 13248;
b) Y. Liang, M. Xia, Q. Yu, Y. Li, Z. Sui, Y. Yuan, X.-M. Hu, Q. Chen, N. Wang, Adv. Compos. Hybrid Mater. 2022, 5, 184;
c) S. Mitra, S. Kandambeth, B. P. Biswal, A. Khayum M, C. K. Choudhury, M. Mehta, G. Kaur, S. Banerjee, A. Prabhune, S. Verma, S. Roy, U. K. Kharul, R. Banerjee, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2823;
d) Q.-W. Meng, S. Wu, M. Liu, Q. Guo, W. Xian, X. Zuo, S. Wang, H. Yin, S. Ma, Q. Sun, Sci. Adv. 2023, 9, eadh0207;
e) L. Zhao, X. Ma, J. Xiong, Q. Zhou, W. Chen, Z. Yang, F. Jiang, S. Wang, X. Yang, H. Bai, J. Environ. Chem. Eng. 2023, 11, 110549;
f) P.-F. Mu, L. Zhang, R. Bu, L.-F. Xiong, Y.-W. Liu, E.-Q. Gao, ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 6902.
Y. Chen, J. Qiu, X.-G. Zhang, H. Wang, W. Yao, Z. Li, Q. Xia, G. Zhu, J. Wang, Chem. Sci. 2022, 13, 5964.
Y. Sekine, T. Ikeda-Fukazawa, J. Chem. Phys. 2009, 130, 034501.
M. e. Frisch, G. Trucks, H. Schlegel, G. Scuseria, M. Robb, J. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, G. Petersson, H. Nakatsuji, I. Gaussian, C. T. Wallingford 2016.
J. Binns, M. R. Healy, S. Parsons, C. A. Morrison, Acta Cryst. 2014, 70, 259.
J. S. Binkley, J. A. Pople, W. J. Hehre, J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 939.
A. McLean, G. Chandler, Chem. Phys. 1980, 72, 5639.
G. Zhang, C. B. Musgrave, J. Phys. Chem. A 2007, 111, 1554.
a) M. Xu, L. Hua, L. Gong, J. Lu, J. Wang, C. Zhao, Sci. China Chem. 2021, 64, 1770;
b) N. V. Nucci, J. M. Vanderkooi, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 18301.