有機(jī)框架材料在能源、催化、存儲等領(lǐng)域展示了巨大的應(yīng)用前景，受到廣泛關(guān)注。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。
在中國科學(xué)院先導(dǎo)B專項和國家自然科學(xué)基金委的大力支持下，化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗室陳建毅研究員和劉云圻院士開展了二維有機(jī)框架薄膜材料的可控組裝及規(guī)?；苽洳呗匝芯?/span>，并取得了系列研究進(jìn)展（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887；Adv. Mater. 2021, 33, 2007741；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440；Angew. Chem. Int. Ed. 2022,134,e202113067。
最近，該課題組科研人員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)（CVD）中，通過對苯二甲醛（TPA）蒸汽與1,3,6,8-四-(對胺基苯基)-芘（PyTTA）薄膜之間的化學(xué)反應(yīng)，在玻璃、硅片、銅箔以及高定向熱解石墨等襯底上制備了高質(zhì)量的二維PyTTA-TPA 共價有機(jī)框架（COF）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、轉(zhuǎn)動，從而為獲得結(jié)構(gòu)明確的二維共價有機(jī)框架結(jié)構(gòu)提供了條件。結(jié)合掩模技術(shù)，該方法可以實(shí)現(xiàn)COF薄膜的圖案化生長，與目前的硅加工工藝相兼容，并且該方法具有一定的普適性。該方法制備的PyTTA-TPA COF薄膜為p型半導(dǎo)體，電導(dǎo)大約為8.40 × 10–6 S/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1.89×10–3 cm2 V–1 s–1，相對于報道的其它希夫堿結(jié)構(gòu)的COF材料，提高了近三個數(shù)量級。由于該類COF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)（HER）催化劑，也展現(xiàn)出高效的催化活性。
圖1 (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GIWAXS譜圖；(D) PyTTA-TPA COF薄膜的TEM照片。
相關(guān)工作發(fā)表在Nat. Commun. 2022, 13, 1411上，文章第一作者為博士生劉明輝，通訊作者為陳建毅研究員和劉云圻院士。
來源：化學(xué)所
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https://www.nature.com/articles/s41467-022-29050-9
