广州市文睿科学仪器有限公司----金属有机框架材料CuBTC;
自2004年轰动世界的胶带剥离石墨烯被发现后,二维材料以其的结构逐渐进入大众视野,大批二维材料应运而生:黑磷,有机金属材料,过渡金属硫化物等等。而随着二维材料家族的逐渐壮大,有机共价材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)以其简单的制备方法,优异的性能和的共价结构脱颖而出,引起
金属有机框架材料CuBTC
广州市文睿科学仪器有限公司----金属有机框架材料CuBTC;
自2004年轰动世界的胶带剥离石墨烯被发现后,二维材料以其的结构逐渐进入大众视野,大批二维材料应运而生:黑磷,有机金属材料,过渡金属硫化物等等。而随着二维材料家族的逐渐壮大,有机共价材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)以其简单的制备方法,优异的性能和的共价结构脱颖而出,引起不少学者的关注,COFs材料究竟是什么?它的亮点在哪里?
共价有机框架(或骨架)(Covalent-OrganicFrameworks, COFs)是以轻元素C、O、N、B等以共价键连接而构建,经热力学控制的可逆聚合形成的有序多孔结构的晶态材料。如果聚合是动力学控制的话,形成的产物就是无序多孔材料。COFs和它们的姐妹材料(金属有机框架,MOFs)类似,其主要特征是内部存在均匀分布的特定大小的孔结构,这些孔赋予了共价有机框架一些的性质,使得它们在气体存储与分离、催化以及光电材料等方面都具有重要应用。
2005年Yaghi的一篇Science正式宣告COFs材料的问世,Yaghi成功制备出COF-1,COF-5两个二维材料[3]。并通过红外光谱、固体核磁碳谱表征其结构,用粉末X射线衍射成功验证了材料的晶体性能,通过氮气吸附计算其孔径,并预示着COFs材料在吸附方面的应用,正因为Yaghi的发现,现在COFs材料又被称为“有机沸石”。
由于大部分COFs材料不是以单晶的形式存在,所以无MOFs那样通过X-射线单晶衍射的手段非常直观的对其结构进行解析。目前常用的表征手段有X-射线粉末衍射、红外光谱、固态、电镜(SEM、TEM、STM等)、元素分析及热重等,这些辅助表征可以对其框架结构给出合理解释。成功解析了COF-320的晶体结构。
高稳定性、有序开孔结构以及易功能化设计等性质使其具有发光和气体吸附、催化等优异的性能。但COF在Li-CO2电池中的应用及其作用机理研究仍是空白。气体电池扩散层引入Li-CO2 电池中,探究了其作用机理。该材料发达有序的孔道结构为CO2气体和Li离子提供了有效的扩散通道,可为充放反应提供气体与离子的补给与导出,极大的缓解了电池充放电过程中传质速度慢等问题。
除了COFs材料的吸附能力,其催化性能也是学者研究的重点问题,而在这方面通常有两种构筑方式:一是通过单体设计,在单体上通过引入带电基团或含有孤对电子的基团,利用其与金属离子的相互总用从而在单体上引入催化剂,例如在单体上引入钯,再使其通过溶剂热法聚合,使形成的COFs材料具有催化性能[9]。
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