Abstract Covalent organic frameworks (COFs) are distinguished from other organic polymers by their crystallinity 1–3 , but it remains challenging to obtain robust, highly crystalline COFs because the framework-forming reactions are poorly reversible 4,5 . More reversible chemistry can improve crystallinity 6–9 , but this typically yields COFs with poor physicochemical stability and limited application scope 5 . Here we report a general and scalable protocol to prepare robust, highly crystalline imine COFs, based on an unexpected framework reconstruction. In contrast to standard approaches in which monomers are initially randomly aligned, our method involves the pre-organization of monomers using a reversible and removable covalent tether, followed by confined polymerization. This reconstruction route produces reconstructed COFs with greatly enhanced crystallinity and much higher porosity by means of a simple vacuum-free synthetic procedure. The increased crystallinity in the reconstructed COFs improves charge carrier transport, leading to sacrificial photocatalytic hydrogen evolution rates of up to 27.98 mmol h −1 g −1 . This nanoconfinement-assisted reconstruction strategy is a step towards programming function in organic materials through atomistic structural control.

Lithium-sulfur (Li-S) batteries are held great promise for next-generation high-energy-density devices; however, polysulfide shuttle and Li-dendrite growth severely hinders their commercial production. Herein, a sulfonate-rich COF (SCOF-2) is designed, synthesized, and used to modify the separator of Li-S batteries, providing a solution for the above challenges. It is found that the SCOF-2 features stronger electronegativity and larger interlayer spacing than that of none/monosulfonate COFs, which can facilitate the Li+ migration and alleviate the formation of Li-dendrites. Density functional theory (DFT) calculations and in situ Raman analysis demonstrate that the SCOF-2 possesses a narrow bandgap and strong interaction on sulfur species, thereby suppressing self-discharge behavior. As a result, the modified batteries deliver an ultralow attenuation rate of 0.047% per cycle over 800 cycles at 1 C, and excellent anti-self-discharge performance by a low-capacity attenuation of 6.0% over one week. Additionally, even with the high-sulfur-loading cathode (3.2-8.2 mgs cm-2 ) and lean electrolyte (5 µL mgs-1 ), the batteries still exhibit ≈80% capacity retention over 100 cycles, showing great potential for practical application.

A porous triazine and carbazole bifunctionalized task-specific polymer has been synthesized via a facile Friedel-Crafts reaction. The resultant porous framework exhibits excellent CO2 uptake (18.0 wt%, 273 K and 1 bar) and good adsorption selectivity for CO2 over N2.

The formation of dual-atom catalysts or heteroatom ligand modulation is the most promising strategy for optimizing single–atom catalysts (SACs) for the more efficient conversion of CO2 to valuable chemicals. However, heteroatom ligands introduced into the dual-atomic sites are expected but still under-explored. In this study, a dual-atom Fe–Ni pair electrocatalyst with N– and S–coordination in porous carbon nanosheets was conceptually predicted for electrocatalytic CO2 reduction to CO (CO2RR). In contrast to SACs and traditional diatomic catalysts (DACs), joined S–coordination can balance the cooperative activities of Fe and Ni sites, making the CO2 adsorption configuration bidentate at both Fe–Ni sites. This regulation leads to a substantial change in CO* adsorption from Fe to Ni sites, facilitating CO desorption and boosting the electrocatalytic CO2RR. Experimental results demonstrate that the obtained FeNi–NSC catalyst achieves high selectivity with the Faradaic efficiencies for CO of 96.1%, and a remarkable activity with the turnover frequency of 6526.9 h–1 at −1.0 V, which were over 4.5 and 2.5 times of those from the single Fe or Ni sites. This work gives us insight into designing highly effective catalysts guided by theoretical calculation.

This study examines concrete's performance under cryogenic (-170°C) freeze-thaw cycles (CFTCs), inspired by the development of all-concrete liquefied natural gas (ACLNG) tanks. Focusing on plain concrete (PC) and concrete with 3% volume content steel fiber (SFRC3), the impact of fibers and moisture content on concrete's damage and failure characteristics pre and post cryogenic exposure is investigated. The compressive strength variation laws of concrete before and after 10 CFTCs were summarized in air-dried and water-saturated condition. Acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) techniques were employed in the study to delineate the variances in failure process and fracture characteristics attributed to cryogenic exposure. Findings indicate a decline in the compressive strength of both PC and SFRC3 post exposure, more pronounced in water-saturated condition. Post-cryogenic exposure, AE signals exhibit decreased activities. The failure process of concrete is categorized into four stages based on the trends of severity index Sr and historical index Hs, both of which diminished, reflecting reduced signal strength and rate of change. AE frequency-amplitude characteristics differs between PC and SFRC3 during failure, with significant reduction in high frequency signals in SFRC3, suggesting weakened fiber-matrix bonding and increased fracture scale. The rise in the number of shear cracks nearing failure is discerned from variations in rise angle (RA) and average frequency (AF), proposing the ratio of RA to AF equal to 15 as a precursor of concrete failure. The DIC analysis shows increased crack width and numbers in both PC and SFRC3 post exposure, along with localized spalling. SFRC3 can still effectively maintain the integrity without complete breakage despite severe cracks are generated.

Photocatalytic covalent organic frameworks (COFs) are typically constructed with rigid aromatic linkers for crystallinity and extended π-conjugation. However, the essential hydrophobicity of the aromatic backbone can limit their performances in water-based photocatalytic reactions. Here, we for the first time report the synthesis of hydrophilic COFs with aliphatic linkers [tartaric acid dihydrazide (TAH) and butanedioic acid dihydrazide] that can function as efficient photocatalysts for H