(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)
华南理工大学化学与化工学院杜丽教授团队开发了一种构建亚胺连接的二维 COF 作为有效无水质子传导平台的策略。该策略主要涉及将平面和刚性三嗪单元引入C3对称单体的中心以调节层间相互作用。理论计算和结构模拟表明,减弱的平面扰动和自互补π电子力同时最小化了结构的单元尺寸并最大化了层间堆叠能量。制备的COFs表现出明确的晶体结构、高孔隙率和最先进的物理和化学稳定性。基于三嗪的COF在160 °C下表现出高质子电导率,达到了1.27×10-2S cm-1。在相同的H3PO4负载下约为非三嗪基COF的10倍,这是由于前者的有序孔结构由更强的层间相互作用引起的。此外,H3PO4掺杂的TPT-COF表现出显着的导电性和长期耐久性。这种调节层间相互作用的策略为亚胺连接的COF的不稳定性提供了一种简单的解决方案,同时提高了它们的结构结晶度和孔隙率;因此,该策略有助于设计和开发具有无水质子传输系统的基于COF的能源相关设备。
图1 (a) 自下而上合成TPB-COF、TPB-TPT-COF、TPT-TPB-COF和TPT-COF。(b) 由层间π-π堆积相互作用控制的微晶生长示意图。
图2 (a) TPB-COF、TPB-TPT-COF、TPT-TPB-COF和TPT-COF的FTIR光谱图。(b) TPT-COF的PXRD图谱。(c) 具有反平行堆叠模型的TPT-COF相应精细晶体结构的俯视图和侧视图(灰色、蓝色和白色球体分别代表C、N和H原子)。(d) TPT-COF的低剂量HR-TEM图像。
图3 TPB-COF、TPBTPT-COF、TPT-TPB-COF和TPT-COF 的 (a) PXRD图谱、(b) N2吸附-脱附等温线和 (c) 热重 (TGA)曲线。(d) TPT-COF在25-200°C下的PXRD图谱。(e) TPT-COF在14.6 M H3PO4中浸泡14天的PXRD图谱(酸稳定性测试)。(f) TPT-COF在不同条件下处理后的PXRD图谱。(g) TPB-COF、TPBTPT-COF、TPT-TPB-COF和TPT-COF在14.6 M H3PO4中的FWHM100、SBET、Tonset和酸稳定性。