复旦大学二维共轭材料与器件实验室
暨 高分子科学系魏大程课题组
Two Dimensional Conjugated Material and Device Laboratory & Wei's Group @ Fudan University

《Chem Mater》共价有机框架的自控生长

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)材料是一类完全由轻质元素(CHONB )通过共价键连接而成的晶态多孔聚合物材料。因其具有密度小、比表面积大、多孔性、结晶性和可功能化等优点,收到广泛关注。合成COFs材料常用的可逆反应是席夫碱反应,其生长过程一般分为两个阶段:首先,单体快速反应形成无定形的聚合物;然后,这些聚合物再通过可逆反应进行结构修复,最终形成多晶的粉体材料。直到现在,实现COFs材料生长过程的调控从而得到高质量的COFs仍是一个难题,这也限制了COFs材料在各领域中的应用。


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1. 重聚合法合成COF薄膜。


近日,复旦大学魏大程课题组开发了一种重聚合法实现了COFs材料的自控生长。利用合成COFs反应的可逆性,使用COFs粉末作为起始原料,在反应开始后,COFs粉末会缓慢分解产生COFs的单体和寡聚物,这些单体和寡聚物又会重新聚合生成新的COFs。由于COFs粉末的分解反应需保持反应体系的平衡,COFs单体和寡聚物的产生速率相对较慢,从而就降低新生COFs的生长速率,那么这些新生COFs的结构修复过程就会更加充分(图1)。因此,新生COFs的生长过程是在系统自建的平衡态下进行的,在此状态下生成的COFs材料质量相对较高。若将衬底放入此反应系统中,衬底上就会生成一层高质量的COFs薄膜,其厚度可由反应时间控制。此方法的普适性好,可用于大多数COFs薄膜的制备,在本文中作者制备了两种不同类型的COFsCOFTAPB−DMTPCOFPy−Ph。利用COFs与石墨烯之间的ππ相互作用,可在石墨烯表面生长COFs薄膜,随后可直接用于COFs/石墨烯基场效应晶体管传感器的制备。我们制备了用于检测NH3分子的COFs/石墨烯基FET传感器,其表现出了优异的检测性能,检测限达到了100 ppt(图2)。此方法为COFs的可控合成提供了新策略,有助于其性质及应用的进一步探索研究。


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图2. COFPy−Ph薄膜的表征及其在场效应晶体管传感器中的应用。


英文原题:Self-Controlled Growth of Covalent Organic Frameworks by Repolymerization

作者:Lei Yang(杨磊), Qianying Guo(郭倩颖), Hua Kang(康华), Renzhong Chen(陈仁忠), Yunqi Liu(刘云圻), Dacheng Wei(魏大程)

通讯作者:魏大程,复旦大学


原文详见:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c01140




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