Abstract The preparation of subnanoporous covalent-organic-framework (COF) membranes with high performance for ion/molecule sieving still remains a great challenge. In addition to the difficulties in fabricating large-area COF membranes, the main reason is that the pore size of 2D COFs is much larger than that of most gas molecules and/or ions. It is urgently required to further narrow their pore sizes to meet different separation demands. Herein, we report a simple and scalable way to grow large-area, pliable, free-standing COF membranes via a one-step route at organic–organic interface. The pore sizes of the membranes can be adjusted from >1 nm to sub-nm scale by changing the stacking mode of COF layers from AA to AB stacking. The obtained AB stacking COF membrane composed of highly-ordered nanoflakes is demonstrated to have narrow aperture (∼0.6 nm), uniform pore distribution and shows good potential in organic solvent nanofiltration, water treatment and gas separation.

Most two-dimensional (2D) covalent organic frameworks (COFs) are non-fluorescent in the solid state even when they are constructed from emissive building blocks. The fluorescence quenching is usually attributed to non-irradiative rotation-related or π-π stacking-caused thermal energy dissipation process. Currently there is a lack of guiding principle on how to design fluorescent, solid-state material made of COF. Herein, we demonstrate that the eclipsed stacking structure of 2D COFs can be used to turn on, and tune, the solid-state photoluminescence from non-emissive building blocks by the restriction of intramolecular bond rotation via intralayer and interlayer hydrogen bonds among highly organized layers in the eclipse-stacked COFs. Our COFs serve as a platform whereby the size of the conjugated linkers and side-chain functionalities can be varied, rendering the emission colour-tuneable from blue to yellow and even white. This work provides a guide to design new solid-state emitters using COFs.

The effective control of crystallinity of covalent organic frameworks (COFs) and the optimization of their performances related to the crystallinity have been considered as big challenges. COFs bearing flexible building blocks (FBBs) generally own larger lattice sizes and broader monomer sources, which may endow them with unprecedented application values. Herein, we report the oriented synthesis of a series of two-dimensional (2D) COFs from FBBs with different content of intralayer hydrogen bonds. Studies of H-bonding effects on the crystallinity and adsorption properties indicate that partial structure of the COFs is "locked" by the H-bonding interaction, which consequently improves their microscopic order degree and crystallinity. Thus, the regulation of crystallinity can be effectively realized by controlling the content of hydrogen bonds in COFs. Impressively, the as-prepared COFs show excellent and reversible adsorption performance for volatile iodine with capacities up to 543 wt %, much higher than all previously reported adsorbents, although the variation tendency of adsorption capacities is opposite to their crystallinity. This study provides a general guidance for the design and construction of highly/appropriately crystalline COFs and ultrahigh-capacity iodine adsorbents.

Ferroelectrics/antiferroelectrics with high dielectric breakdown strength have the potential to store a great amount of electrical energy, attractive for many modern applications in electronic devices and systems. Here, it is demonstrated that a giant electric energy density (154 J cm −3 , three times the highest value of lead‐based systems and five times the value of the best dielectric/ferroelectric polymer), together with the excellent fatigue‐free property, good thermal stability, and high efficiency, is realized in pulsed laser deposited (Bi 1/2 Na 1/2 ) 0.9118 La 0.02 Ba 0.0582 (Ti 0.97 Zr 0.03 )O 3 (BNLBTZ) epitaxial lead‐free relaxor thin films with the coexistence of ferroelectric (FE) and antiferroelectric (AFE) phases. This is endowed by high epitaxial quality, great relaxor dispersion, and the coexistence of the FE/AFE phases near the morphotropic phase boundary. The giant energy storage effect of the BNLBTZ lead‐free relaxor thin films may make a great impact on the modern energy storage technology.

A highly textured (111)-oriented Pb0.8Ba0.2ZrO3 (PBZ) relaxor thin film with the coexistence of antiferroelectric (AFE) and ferroelectric (FE) phases was prepared on a Pt/TiOx/SiO2/Si(100) substrate by using a sol-gel method. A large recoverable energy storage density of 40.18 J/cm(3) along with an efficiency of 64.1% was achieved at room temperature. Over a wide temperature range of 250 K (from room temperature to 523 K), the variation of the energy density is within 5%, indicating a high thermal stability. The high energy storage performance was endowed by a large dielectric breakdown strength, great relaxor dispersion, highly textured orientation, and the coexistence of FE and AFE phases. The PBZ thin film is believed to be an attractive material for applications in energy storage systems over a wide temperature range.

Two-dimensional covalent organic framework (COF) materials can serve as excellent candidates for gas storage due to their high density of periodically arranged pores and channels, which can be tethered with functional groups. However, post-functionalization tends to disturb the structure of the COF; thus, it is attractive to develop synthetic approaches that generate built-in functionalities. Herein, we develop a new strategy for the construction of 2D-COFs with built-in, unreacted periodic bonding networks by solvent-directed divergent synthesis. Tetraphenylethane (TPE), which combines both π-rigidity for stacking and rotational flexibility, is selected as the central core for COF construction. By solvent control, two distinct COF structures could be constructed, arising from a [4 + 4] condensation pathway (TPE-COF-I) or an unusual [2 + 4] pathway (TPE-COF-II). TPE-COF-II contains unreacted linker units arranged around its pores and shows greatly enhanced carbon dioxide adsorption performance (23.2 wt %, 118.8 cm3 g–1 at 1 atm, 273 K), which is among the best COF materials for CO2 adsorption reported to date.

Traditional methods for staying warm have a negative impact on outdoor work and result in substantial resource consumption. In contrast, photothermal conversion fiber fabrics utilize solar energy to regulate the temperature, providing a sustainable solution for warmth. Here, porous poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene-co-vinylidene fluoride) (THV)/zirconium carbide (ZrC) fiber fabrics were fabricated via a one-step electrospinning process based on water-vapor-induced phase separation using a binary solvent system of ethyl acetate and acetone. At a room temperature of approximately 5 °C, the THV/ZrC fiber fabric with a ZrC content of 0.5% can rapidly heat up to 52.3 °C within 30 s under 80 mW/cm2 illumination. The excellent photothermal properties combined with superhydrophobicity endowed it with significant deicing capabilities. More importantly, the multifunctional properties, including self-cleaning, waterproofing, breathability, flame retardancy, acid and alkali resistance, and ultraviolet (UV) protection, made the fiber fabric safe and comfortable to wear. Additionally, its white appearance enhances its aesthetic appeal.