文章主要内容

     中国科学院宁波材料所张涛研究员以综述的形式详细介绍了近年来该团队以及国内外同行围绕二维sp²-碳共轭聚合物的合成与应用开展的前沿工作，主要从开发出新型结构的sp²-碳共轭聚合物以及化学合成方法，设计自组装表面引发和界面催化等sp²-碳共轭聚合物薄膜合成策略，并探索其在光电催化、海水提铀与盐差发电等领域的应用性能等方面进行阐述，最后对二维sp²-碳共轭聚合物的发展提出了展望。

文章背景

     二维共价有机框架材料(2D-COFs)是一种通过可逆反应将有机分子砌块以共价键连接起来的多孔晶态二维聚合物新材料。因其具有功能化分子的多样性、拓扑结构的可设计性以及连接键种类的多样性等特点，在气体吸附与分离、光催化高附加值产物的转化、电池能源、有机半导体器件以及放射性核素的分离提取等应用领域展现了广泛的应用前景。相比于传统的硼酸/硼酸酯和亚胺连接的共价有机框架材料，sp²-碳共轭二维共价有机框架材料(sp²c-COFs)得益于稳定的碳碳双键链接，使其在强酸碱环境乃至氧化还原环境下表现出更为稳定的性能。此外，sp²c-COFs扩展的π共轭骨架提高了载流子的传输速率，使其展现出更为优越的光学特性、电学特性以及磁学特性。然而，尽管sp²c-COFs的研究已经取得了显著进展，但其发展仍存在诸多限制，例如：用于制备非取代sp²c-COFs的化学策略和单体种类十分受限；sp²c-COFs的结晶度与硼酸酯键和亚胺键链接COF相比仍然较弱；实现大面积高结晶性的单层sp²c-COFs薄膜仍十分困难。因此，sp²c-COFs是拓展新型功能二维共轭聚合物的关键研究方向。

文章概述

     基于以上背景，中国科学院宁波材料所张涛研究员应邀对二维sp²-碳共轭聚合物的最新研究进展展开综述。文章首先从拓扑结构以及电子结构层面介绍了sp²c-COFs的结构设计，并进一步回顾了国内外同行在sp²c-COFs的化学合成方法做出的开创性研究，如克脑文盖尔(Knovenagel)反应、羟醛缩合(Adol condensation)反应、霍纳-沃兹沃斯-埃蒙斯(Horner-Wadsworth-Emmons)反应等。在此基础上，文章重点介绍了该团队基于唑类功能单体(噻唑、噁唑和噻二唑等)诱导的Adol condensation反应构筑多种新型非取代sp²c-COFs的研究工作。其次，针对碳碳双键其有限的可逆性导致合成高结晶sp²c-COFs薄膜的难度极高的问题，该团队提出单层辅助表面引发席夫碱介导的Adol condensation反应策略，以及亚胺键和碳碳键连接的双层嵌段COF异质薄膜(LB-COF)的合成策略，解决了目前晶态sp²c-COFs薄膜的合成问题；接下来总结了sp²c-COFs在盐差发电、海水提铀、光催化、荧光响应和质子传导等领域应用的代表性研究工作；最后从晶体结构的调控、新型合成方法的探索、通用性薄膜合成策略的设计以及相关应用的拓展等方面对二维sp²-碳共轭聚合物的研究进行了展望。

图1 二维sp²-碳共轭聚合物的结构设计、可控制备与应用研究

     上述工作以综述形式已在《高分子学报》2024年“高分子优秀青年学者”专辑印刷出版，通信联系人是中国科学院宁波材料技术与工程研究所张涛研究员。

     张涛，男，1985年生。中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员，中国科学院特聘骨干研究员。2008、2011年于四川大学分别获学士、硕士学位。2015年于德国德累斯顿工业大学获博士学位。之后分别在德累斯顿工业大学、德累斯顿先进电子器件研究中心、剑桥大学从事研究工作。2020年加入中国科学院宁波材料所，担任界面功能高分子团队负责人。2023年获得国家基金委优秀青年基金资助。主要研究方向为有机二维聚合物新材料设计制备、构效关系及前沿应用基础研究。

原文链接：http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2023.23301&lang=zh

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自刘文睿科学网博客。

链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3582600-1433296.html?mobile=1

收藏

分享