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提高了近三個(gè)數(shù)量級！二維共價(jià)有機(jī)框架薄膜材料制備取得進(jìn)展
2022年03月24日 10:30:20
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5085
課題組提出了一種氣體誘導(dǎo)薄膜轉(zhuǎn)化方法，在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，通過對蒸汽與薄膜之間的化學(xué)反應(yīng)，在玻璃、硅片、銅箔及高定向熱解石墨等襯底上制備了高質(zhì)量的二維PyTTA-TPA共價(jià)有機(jī)框架薄膜。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】二維材料是指通過結(jié)構(gòu)基元在二維方向上的組裝、鍵合、連接所形成的材料。近年來，二維材料所表現(xiàn)出來的優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)逐漸引起了人們的廣泛關(guān)注，二維材料在能源、電子學(xué)、催化、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用均引起了研究者的研究興趣。
二維共價(jià)有機(jī)框架是一類主要有C、H、N、B、O、S等輕原子構(gòu)成，以芳香化合物之間共價(jià)鍵形式連接形成的一類有機(jī)多孔晶體材料，以輕原子構(gòu)成的二維共價(jià)有機(jī)框架材料密度小，與其他無機(jī)或金屬配合物二維材料相比，其質(zhì)量更輕。并且有機(jī)框架材料在能源、催化、存儲(chǔ)等領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景，受到廣泛關(guān)注。但不同于傳統(tǒng)的有機(jī)聚合物材料，有機(jī)框架材料不溶解、不融化，難以加工成高質(zhì)量的薄膜。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員陳建毅和中科院院士劉云圻，為此開展了二維有機(jī)框架薄膜材料的可控組裝及規(guī)?；苽洳呗匝芯?。該課題組提出了一種氣體誘導(dǎo)薄膜轉(zhuǎn)化方法，在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，通過對蒸汽與薄膜之間的化學(xué)反應(yīng)，在玻璃、硅片、銅箔及高定向熱解石墨等襯底上制備了高質(zhì)量的二維PyTTA-TPA共價(jià)有機(jī)框架薄膜。
研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入的氣態(tài)水分子可以插入到前驅(qū)體薄膜內(nèi)，弱化分子間的范德瓦爾斯相互作用，有利于前驅(qū)體分子移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，從而為獲得結(jié)構(gòu)明確的二維共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)提供條件。再結(jié)合掩模技術(shù)，這種方法的程序可靠，有方法可以實(shí)現(xiàn)COF薄膜的圖案化生長，與目前的硅加工工藝相兼容，且該方法具有一定的普適性。該方法制備下的薄膜，電導(dǎo)約為8.40 × 10–6S/cm，組裝成場效應(yīng)晶體管，器件開關(guān)比為105，空穴遷移率為1.89×10–3cm2V–1s–1，相對于報(bào)道的其他希夫堿結(jié)構(gòu)的有機(jī)框架材料，提高了近三個(gè)數(shù)量級。由于該類有機(jī)框架薄膜具有大量的邊界和氮活性位點(diǎn)，作為電催化析氫反應(yīng)催化劑，也展現(xiàn)出高效的催化活性。
二維共價(jià)有機(jī)框架薄膜材料可以解決其粉體材料分散性差、不易加工成膜等缺點(diǎn)，該研究進(jìn)一步提高了二維共價(jià)有機(jī)框架薄膜材料的結(jié)晶性。隨著對二維共價(jià)有機(jī)框架薄膜材料研究的進(jìn)一步深入，可以逐漸解決所面臨的挑戰(zhàn)和問題，并且能夠拓展其在諸如近紅外線吸收，藥物、染料等功能分子的特異性負(fù)載及輸運(yùn)，熒光成像分析、功能器件等多方面的潛在應(yīng)用。目前相關(guān)研究成果已發(fā)表在《自然-通訊》(Nat. Commun., 2022, 13, 1411)上。
A、化學(xué)氣相誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化法制備PyTTA-TPA COF薄膜示意圖，B、PyTTA-TPA COF的結(jié)構(gòu)示意圖，C、PyTTA-TPA COF薄膜的理論模擬和實(shí)驗(yàn)GIWAXS譜圖，D、PyTTA-TPA COF薄膜的TEM照片
(資料來源： 化學(xué)研究所)
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