北理工王博、冯霄团队在有机多孔骨架领域取得研讨新进展

有机多孔资料包括共价有机骨架资料(COFs)、共轭微孔聚合物(CMPs)、多孔芳香骨架资料(PAFs)等,是一类新型的具有高比表面积、丰厚孔内环境的多孔高分子资料。这类资料在气体吸附与储存、催化等领域体现出优异的应用前景。王博教授、冯霄特别研讨员在这一领域开展系列研讨,并于近期取得以下研讨成果。

水污染等环境问题是当今社会面对的一大应战,通过光催化反响对污染物进行高级氧化降解有望成为一种更加高效、节能的污染物处理方法。王博、冯霄团队通过三键聚合反响构筑了系列基于二茂铁基元的共轭微孔聚合物(Fc-CMPs)用于有毒有害物质降解研讨。Fc-CMPs具有较大的孔径和比表面积,使得污染物容易进入孔道进行预富集并可充沛挨近易发生氧化复原反响的内表面,同时Fc-CMPs适宜的分子轨道能级使得这类资料可高效发生活性氧物种。在可见光和模仿太阳光下,Fc-CMPs光催化降解亚甲蓝的能力均优于二氧化钛 (P25),并且可以将化学战剂芥子气模仿物(2-氯乙基乙基硫醚)完全转化为无毒产品。该研讨工作宣布在德国应用化学上( Angew. Chem. Int. Ed. , 2019, DOI: 10.1002/anie.201813598),文章第一作者为博士生马丽,通讯作者为王博和冯霄。

在前期工作中( Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56 , 16313,第一作者为博士生张媛媛,通讯作者为冯霄),该团队曾成功开发出基于环糊精的三维共价有机骨架资料(CD-COFs),该系列COFs为初次使用柔性基元构筑的具有 rra 拓扑学结构并通过离子型硼元素连接的三维COFs资料。其间,CD-COF-LiÉLiPF6-EC-DMC的室温锂离子电导率可以达到2.7 mS cm-1。然而,其间残留的微量电解液可能会在实践应用过程中带来一定的安全隐患。为解决这一问题,该团队将低分子量聚乙二醇(PEG)装载入COF孔道中加速锂离子传导,制备出没有溶剂残留的全固态电解质,并体系性研讨了COF骨架电荷关于锂离子传导行为的影响,完成大于0.6的锂离子迁移数以及120 °C 下1.8 mS cm−1的离子传导速率。这一简略的通过担载PEG加速离子传导并提高工作温度规模的策略为将多孔资料进一步应用于全固态电池领域提供了可能。该研讨工作宣布在美国化学会志上,并被选为封面文章( J. Am. Chem. Soc. , 2019, 141, 1923),文章第一作者为硕士生郭振彬和博士生张媛媛,通讯作者为王博和冯霄。

有机多孔资料大多不溶不熔,为其进一步器件化等实践应用带来了巨大应战。该团队在前期很多成膜化研讨基础上,成功使用液液界面成膜法开发了具有不同长度烷氧基链修饰的系列COF薄膜资料,并对其介电常数等相关性质进行了研讨。该系列柔性的COF膜具有挨近于空气的介电常数值(在105 Hz下, κ = 1.19 ± 0.04),可媲美现在已报导的无机多孔资料,并且这类COF薄膜资料体现出较好的机械性能、低介电损耗、高击穿电压、低漏电流、高抗湿度和抗弯折能力。低介电常数资料被广泛应用于电子电路器件中的绝缘层,用于减少信号延迟、串扰噪声和能量耗散。除此之外,高介电常数资料可以应用于场效应晶体管的栅极和电容器傍边,该团队还使用COF薄膜装载小分子极性化合物,可将其介电常数提高43倍。该研讨工作宣布在德国应用化学上( Angew. Chem. Int. Ed. , 2018, 57, 16501),文章第一作者为博士生邵鹏鹏、李婕,通讯作者为王博和冯霄。

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