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石墨烯纳米带2D共价有机框架的网状生长
发布时间:2020-08-27     作者:HAPPY   分享到:

研究背景

共价有机骨架(COF)是可用于从分子筛到有机电子产品的各种应用,是一类有前途的二维材料。**,这些材料的形成仅限于用于网状2D或3D网络的离散小分子前体。现在,COF前体的化学库已扩展到包括大分子,甚至包括碳纳米材料,为探索由聚合物网状结构产生的有趣材料特性提供了机会。传统COF生长策略严重依赖可逆的缩合反应,该反应可将网状结构引导至所需的热力学。然而,对动态误差校正的要求限制了构件的选择,因此限制了COF周期性晶格内的相关机械和电子性能。此外,在二维COF的合成中最常使用的亚胺和硼酸酯连接基之间不良的电子通讯会导致半导体材料具有较大的带隙,这对于**的电子应用是不可取的。这些材料中的载流子传输占主导地位,通过层间跳跃机制而不是通过接头与2D薄片中的组成分子构件之间的化学键来实现。在单层COF薄片中引入共轭聚合物作为1D传导路径可以解决这一缺点,但将大分子并入建筑单元中没有证明COF。自下而上合成石墨烯纳米带(GNR原子上薄的准1D条带)的**进展激发了独特类别的COF构建基块的开发。对GNR中的关键结构参数,宽度,边缘对称性,掺杂原子密度,和掺杂位置的控制产生了高度可调谐的能带结构,并且出现了奇特的物理现象对称地保护拓扑状态。在这里,我们证明了自底向上合成的GNRs所固有的精巧的结构控制可以引入沿带状边缘原子**的官能团间隔,从而为二维COFs的网状合成提供了一个具有持久形状的准一维大分子结构块。



成果简介


加拿大加州一本大学的伯克利分校的Felix R. Fischer教学演示了自下而上合成准一维石墨烯纳米带衍生出的多分散大分子构件中生长晶态多孔二维COF的生长,重点介绍了从石墨烯纳米带(GNR)衍生的晶态COF以及通过液相剥离获得双层和三层GNR-COF膜。相关成果以“Reticular Growth of Graphene Nanoribbon 2D Covalent OrganicFrameworks”为题发表在国际**期刊Chem上。
图文导读

醛官能化的cGNR和联苯胺交连剂装配亚胺相连能够GNR-COF膜。液-液菜单栏汇聚可制成大适用面积,壁厚可调的光滑塑料薄膜。经由调节器现象相混物中GNR的浓度值,能将膜壁厚的控制在2-22 nm的规模内。傅立叶转换红外(FT-IR)光谱图及适用未官能化cGNR的比较科学实验核实,GNR-COF膜经由亚胺键共价相连。经由适用广角X微光电束散射(WAXS)和散发出微光电高倍显微镜(TEM)检测了GNR-COF的晶状体形式,折射出了网状结构共价自装配技术水平访问共享密布布局的GNR持平阵列的大实力。晶体cGNR-COF的高效液相龟裂能用的 于竖直堆叠的几层cGNR-COF薄片,以适用工作相关材料和**微光电装置。

图(A)CHO-cGNR获得的示意愿图。 图(B)5的线性网络高聚物反应物(颜色)和环状低聚物(暗蓝色)的SEC迹线。图(C)粗品4(青色)和5(颜色)的MALDI质谱图,表现了被每一个高聚物反应物重复使用象限的重量分类建立的大原子亚铁亚铁离子宗族(*分属于因乙缩醛庇护基团的缺失而形成的大原子亚铁亚铁离子亚宗族)。图(D)CHO-cGNR的拉曼光谱图分析图(IE = 532 nm)。图文并茂表现了cGNR的优点RLBM。另请参阅图S3。图(E)FT-IR光谱图分析图为5(浅灰色),CHO-cGNR(青色)和cGNR-COF(颜色),表现优点醛C = O(1-1 = 1,699 cm-1)和幽香族C = C( 5和CHO-cGNR中的l-1 = 1,602cm-1)延展机制。cGNR-COF的红外光谱图分析图表现醛C = O(l= 1 = 1,702 cm-1)的的强度较为于C = C机制(l-1= 1,600 cm-1)随网络信号的大幅度降低 面对C = N亚胺延展机制(l-1 = 1,657 cm-1)。


图2. cGNR-COF塑料聚酯薄膜的合出和定性分析(A)游戏界面配位聚合和勺移转全过程的举手图。(B)在Si / SiO 2上移转的cGNR-COF膜的光电高倍高倍显微镜观察画像。园圈相对于记录时间拉曼光谱分析图的地位。另请参阅图S5。(C)在(B)中体现显现的四个部分的拉曼光谱分析图(IE = 532 nm)。插画显现了特性RBLM。另请参阅图S6。   (D)将cGNR-COF塑料聚酯薄膜消减体的扫描拍摄自动化高倍高倍显微镜观察画像滴铸到TEM网格上(5 kV下载加速电阻)。   (E)HOPG上20 nm cGNR-COF膜的共价键力高倍高倍显微镜观察(AFM)。叠折部分中的膜高度相对于三层膜的整数倍(40 nm)。


图3. cGNR-COF溥膜的粉尘Xx射线衍射和HR-TEM(A)试验和概念估算看得出的cGNR-COF溥膜样机的WAXS花纹图案。   (B)cGNR-COF的型式三维模型,会有晶胞(黑盒),朝向彰显与进行连接子左右路程(0.7 nm)对于应的晶格正等轴测图设计(01-1)(上端),方面体现层间沉积和晶格正等轴测图设计(001)( 橘色(002)(灰乳白色)和(105)(蓝绿色)相匹配的于2.5、1.25和0.35 nm(底端)。   (C)来自于HR-TEM备样的cGNR-COF膜的复印网络体视显微镜图片。   (D)cGNR-COF尖晶石的HR-TEM图片,体现(01-1)正等轴测图设计,纹路相隔0.7 nm(乳白色标记符号),背景色地域的傅立叶衍射图(图文并茂;比率尺,5 nm-1)。  (E)体现(105)正等轴测图设计的cGNR-COF微晶的HR-TEM图片,纹路表明膜内的p-p沉积(0.35 nm),背景色地域的傅立叶衍射图(图文并茂;比率尺,5 nm-1)。


图4. SiO2肌底上化学上裂开的加厚和两层cGNR-COF薄片  (A)SiO2上高效色谱仪裂开的cGNR-COF的AFM形貌图。   (B)在SiO2上高效色谱仪裂开的cGNR-COF的AFM地形类型图。(C)沿(A)中其示线的AFMz层面边界。完成HR-TEM和衍射型号(银灰白色虚线)判别好的的均衡题材图和的均衡趋于稳定层面(白色虚线),相匹配于层间p-p推积长度(D = 0.35 nm)的宽度。另请参考图S11。  (D)沿(B)中其示线的AFM z层面边界。的均衡题材图和的均衡趋于稳定层面(白色虚线),相匹配于完成HR-TEM判别好的层间p-p推积长度(D = 0.35 nm)的宽度,相应衍射型号(银灰白色虚线)。


总结与展望

该作业从自下而上的聚合准一维(1D)石墨稀微米带(GNR)具象化的多减少大原子核中证明信结束晶2D COF的滋生,GNR在2D COF膜中主要包括的正交各向情人氯化钠晶体堆积物代表英文打了个个现代感的时间,可不可以实现沿晶格的那些5个轴自己更改机械设备和电器设备的材料的效果来强化COF的有机化学,机械和光电产品效果。

界面显示石墨稀奈米带COF的提升及液质裂开的非常简单性为高安全性能自动化产品组织架构网站访问融洽囤积的二维水平线石墨稀奈米带二维片材的转型开发了公路,并经历了各向异性聊天层状2D建筑材料确凿定义水利堆叠主产生的奇幻电磁学的现象。


阅读答案环节://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.01.022


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