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吉林大学陈龙团队JACS丨由多环芳烃制备的二维共价有机框架具有高导电性

发表时间:2022-03-02 08:58

1、前言

二维共价有机框架(2D COFs)是近年来兴起的一种新型合成二维材料,其不仅具有迷的结构可调性、可变带隙和高孔隙率,而且还保留了2D骨架上的共轭特征。到目前为止,通过在框架中引入合适的构建单元,人们开发出越来越多的功能性2D COFs,并在许多领域进行了广泛的研究。然而,大多数报道的2D COFs的导电率相对较低,这就阻碍了它们在光电子、光电催化、化学电阻传感等方面的应用。

将大的多环芳烃(PAHs,纳米石墨烯分子)结合到开放框架中是一种有效的自下而上的合成功能材料方法。六苯并蔻(HBC)作为一种具有代表性的纳米石墨烯,由于其独特的自组装行为和电子性质而引起了人们极大的研究兴趣,目前其衍生物已广泛用于液晶、场效应晶体管、生物传感器等。


图1:两种不同2D COFs的合成与结构


2、简介

有鉴于此,近日,吉林大学陈龙教授研究团队一种新型的非平面2D COFs的设计和合成,该类COFs具有kagomeDHP-COF)和菱形(c-HBC-COF)晶格,其中节点表现出不同的几何形状和灵活性。具体而言,它们分别由两个不同的非平面芳香节点共聚而成,这两个节点与一个线性连接体呈现C2DHP-CHO)和C2hc-HBC-CHO)对称性。DHP-COF相比,c-HBC-COF具有更高的热稳定性和化学稳定性,而DHP-COF2031 m2 g-1)的表面积则远高于c-HBC-COF1098 m2 g-1)。

 2.jpg

2:两种2D COFs的表征与吸附性能

研究结果表明,与DHP-COF相比,具有增强的π共轭和层间π-π堆积的c-HBC-COF具有更高的光电导率,同时其载流子迁移率高达44 cm2 V-1 s-1值得注意的是,研究人员还发现,通过碘掺杂,c-HBC-COF的导电性可以进一步提高5个数量级以上,这为增强2D COFs的导电性提供了重要指导。


图3:碘掺杂c-HBC-COF的性能研究


3、总结

综上,该工作为基于纳米石墨烯的π共轭2D COFs的开发提供了新的见解,为开发用于导电功能性的2D COFs材料提供了新的可能性,此外也揭示了掺杂π共轭2D COFs在光电、传感和能源相关应用中的机遇。相关研究成果现已发表在国际**期刊《Journal of the American Chemical Society》,题为“Nonplanar Rhombus and Kagome 2D Covalent Organic Frameworks from Distorted Aromatics for Electrical Conduction”。


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