化學所在二維共價有機框架薄膜材料制備方面取得進展

　　有機框架材料在能源、催化、存儲等領域頗具應用前景，受到廣泛關注。不同于傳統的有機聚合物材料，有機框架材料不溶解、不融化，難以加工成高質量的薄膜。  

　　中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員陳建毅和中科院院士劉云圻，開展了二維有機框架薄膜材料的可控組裝及規?；苽洳呗匝芯?，并取得了系列研究成果（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）。  

　　近日，該課題組提出了一種氣體誘導薄膜轉化方法，在化學氣相沉積系統（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）薄膜之間的化學反應，在玻璃、硅片、銅箔及高定向熱解石墨等襯底上制備了高質量的二維PyTTA-TPA共價有機框架（COF）薄膜。研究發現，導入的氣態水分子可以插入到前驅體薄膜內，弱化分子間的范德瓦爾斯相互作用，有利于前驅體分子移動、轉動，從而為獲得結構明確的二維共價有機框架結構提供條件。結合掩模技術，該方法可以實現COF薄膜的圖案化生長，與目前的硅加工工藝相兼容，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型半導體，電導約為8.40 × 10^–6 S/cm，組裝成場效應晶體管，器件開關比為105，空穴遷移率為1.89×10^–3 cm² V^–1 s^–1，相對于報道的其他希夫堿結構的COF材料，提高了近三個數量級。由于該類COF薄膜具有大量的邊界和氮活性位點，作為電催化析氫反應（HER）催化劑，也展現出高效的催化活性。 

　　相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nat. Commun., 2022, 13, 1411）上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金的支持。 

A、化學氣相誘導轉化法制備PyTTA-TPA COF薄膜示意圖，B、PyTTA-TPA COF的結構示意圖，C、PyTTA-TPA COF薄膜的理論模擬和實驗GIWAXS譜圖，D、PyTTA-TPA COF薄膜的TEM照片