北京
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研究内容
sp2碳共轭共价有机框架（sp 2c-COFs）具有优异的面内π共轭、高化学稳定性和坚固的框架结构，有望成为广泛应用的理想膜，包括能源相关器件和光电子。然而，到目前为止，sp2c-COFs主要局限于微晶粉末，因此阻碍了它们在器件中的性能。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所张涛研究员报告了一种简单而稳健的方法，通过自组装单层辅助表面引发的席夫碱介导的醛醇缩聚（即SI-SBMAP），在各种固体基底（例如，氟掺杂的氧化锡、铝板、聚丙烯腈膜）上制备大面积、独立和结晶的sp2c-COFs膜（TFPT−TMT和TB−TMT）。由于坚固的框架和高度有序的准一维通道，基于sp2c-COFs膜的渗透功率发生器在恶劣条件下的输出功率密度为14.1 W m-2，优于大多数报道的COFs膜以及商业化的装置（5 W m-2）。相关工作以“Monolayer-Assisted Surface-Initiated Schiff-Base-Mediated Aldol Polycondensation for the Synthesis of Crystalline sp2 Carbon-Conjugated Covalent Organic Framework Thin Films”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
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研究要点
要点1.作者利用自组装单层辅助表面引发的席夫碱介导的醛醇缩聚（SI-SBMAP），首次合成大面积、独立和高结晶的sp2c-COFs薄膜。在SI-SBMAP中，自组装单层（SAM）中的−NH2可以通过席夫碱反应与醛（−CHO）反应，形成醛封端的单层，然后醛醇缩聚形成表面结合的sp2c-COFs膜。
要点2.sp2c-COFs薄膜可在各种形状（例如，平面、球体、晶锭）的任意衬底（例如，氟掺杂氧化锡、铝板、聚丙烯腈膜）上显示出高达120 cm2的大面积和数十纳米至几微米的可调厚度。
要点3.得益于高化学稳定性、明确的准一维通道和高孔密度，基于sp2c-COFs膜集成的渗透发电装置在50倍盐度梯度（恶劣条件，pH=14）下，显示出高达14.1 W m-2的输出功率密度和17.74 kΩ的低中间电阻，优于大多数报道的COFs膜以及商业化的基准装置（5 W m-2）。
该工作为在苛刻条件下合成sp2c-COFs膜及其在能源相关器件中的巨大潜在应用提供了一种新的、稳健的方法。
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研究图文
图1. sp2c-COFs薄膜的合成策略。
图2. sp2c-COFs膜的分子结构和结构表征。
图3. sp2c-COFs薄膜的形态和结构表征。
图4. sp2c-COFs膜形成示意图。
图5. 离子传输和渗透能转换。
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文献详情
Monolayer-Assisted Surface-Initiated Schiff-Base-Mediated Aldol Polycondensation for the Synthesis of Crystalline sp2 Carbon-Conjugated Covalent Organic Framework Thin Films
Ke Wang, Haoyong Yang, Zhongquan Liao, Shengxu Li, Mike Hambsch, Guangen Fu, Stefan C. B. Mannsfeld, Qi Sun, Tao Zhang*
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.2c12186
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