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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


加拿大加州专科大学的伯克利分校的Felix R. Fischer老师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和联苯胺热塑剂装设亚胺接连取得GNR-COF膜。液-液程序界面聚合物可合成图片大建筑面积,薄厚可调的匀称复合膜。能够 调低生理反应混合法物中GNR的盐浓度,都可以将膜薄厚有效控制在2-22 nm的区域内。傅立叶变幻红外(FT-IR)光谱仪已经的安全使用未官能化cGNR的对比实验报告验证,GNR-COF膜能够 亚胺键共价接连。能够 的安全使用广角X光谱线散射(WAXS)和散发出电子元器件器件光学显微镜(TEM)监测了GNR-COF的纳米线设配构造,证明了网状结构共价自装设枝术考察密布排例的GNR成平行线阵列的强大发展空间。晶粒cGNR-COF的色谱仪裂开可以选择于斜面堆叠的几层cGNR-COF薄片,以应用在基本功能的原材料和**电子元器件器件设配。

图(A)CHO-cGNR组成的关心图。 图(B)5的线性网络整合物(网红)和环状低聚物(浅蓝色)的SEC迹线。图(C)粗品4(白色)和5(网红)的MALDI质谱图,出现信息了被每种整合物反复象限的質量合在一起的碳原子铝阴离子网络皇室家族(*相应于因乙缩醛保护好基团的退化而会导致的碳原子铝阴离子亚网络皇室家族)。图(D)CHO-cGNR的拉曼光谱分析图图(IE = 532 nm)。插图图片出现信息了cGNR的特点RLBM。另请参阅图S3。图(E)FT-IR光谱分析图图为5(银灰色),CHO-cGNR(白色)和cGNR-COF(网红),出现信息特点醛C = O(1-1 = 1,699 cm-1)和馥郁族C = C( 5和CHO-cGNR中的l-1 = 1,602cm-1)伸展机制。cGNR-COF的红外光谱分析图图出现信息醛C = O(l= 1 = 1,702 cm-1)的抗压强度对比于C = C机制(l-1= 1,600 cm-1)随4g信号的减少 谈谈C = N亚胺伸展机制(l-1 = 1,657 cm-1)。


图2. cGNR-COF膜的提炼和定性分析(A)介面整合和勺转变步骤的举手图。(B)在Si / SiO 2上转变的cGNR-COF膜的光学元件电子为了满足电子时代发展的需求,光学显微镜观察图象。园圈相当于于记录时间拉曼光谱图仪的位子。另请参阅图S5。(C)在(B)中出色界面呈现的三大地方的拉曼光谱图仪(IE = 532 nm)。插画界面呈现了特殊性RBLM。另请参阅图S6。   (D)将cGNR-COF膜减少体的扫一扫电子为了满足电子时代发展的需求,电子为了满足电子时代发展的需求,光学显微镜观察图象滴铸到TEM网格上(5 kV提速电阻)。   (E)HOPG上20 nm cGNR-COF膜的电子层力电子为了满足电子时代发展的需求,光学显微镜观察(AFM)。收放地方中的膜厚薄相当于于双层膜的整数倍(40 nm)。


图3. cGNR-COF透气膜的粉末状原材料X放射线衍射和HR-TEM(A)实践和说法计算方法得出结论的cGNR-COF透气膜图纸的WAXS纹路。   (B)cGNR-COF的形式建模方法,中有晶胞(黑盒),大方向表明与联接子中间距离感(0.7 nm)对应着应的晶格单面图(01-1)(顶面),方位凸显层间积聚和晶格单面图(001)( 蓝绿色(002)(灰)和(105)(蓝色的)对应着于2.5、1.25和0.35 nm(边侧)。   (C)位于HR-TEM合格品的cGNR-COF膜的扫一扫电子无线显微镜观察影像。   (D)cGNR-COF结晶的HR-TEM影像,凸显(01-1)单面图,竖条相隔0.7 nm(乳白色标注),高亮度信息显示范围的傅立叶衍射图(配图;的比例表尺,5 nm-1)。  (E)凸显(105)单面图的cGNR-COF微晶的HR-TEM影像,竖条说膜内的p-p积聚(0.35 nm),高亮度信息显示范围的傅立叶衍射图(配图;的比例表尺,5 nm-1)。


图4. SiO2肌底上物理脱落的两层和二三层cGNR-COF薄片  (A)SiO2上高效液质脱落的cGNR-COF的AFM形貌图。   (B)在SiO2上高效液质脱落的cGNR-COF的AFM厂区地形图。(C)沿(A)里面 示线的AFMz宽度局部。根据HR-TEM和衍射模特(黑银灰色虚线)确立的最低值背景图图片和最低值市场趋于稳定宽度(暗红色虚线),分别于层间p-p堆放物的多远(D = 0.35 nm)的宽度。另请参看图S11。  (D)沿(B)里面 示线的AFM z宽度局部。最低值背景图图片和最低值市场趋于稳定宽度(暗红色虚线),分别于根据HR-TEM确立的层间p-p堆放物的多远(D = 0.35 nm)的宽度,各种衍射模特(黑银灰色虚线)。


总结与展望

该的工作从自下而上的合并准一维(1D)石墨稀纳米级带(GNR)研究的多分散性生物大分子式中单位证明结束晶2D COF的成长,GNR在2D COF膜中采取的正交各向女性朋友单晶体推积代表性了了个特色的成功的人,不错用沿晶格的各种二个轴独立空间修整初中物理和电气公司材质的性来强化COF的催化,初中物理和微电子性。

页面nm材料nm带COF的增加、色谱仪裂开的简单易行性为高能网络机器构架浏览密切堆积物的二维水平线nm材料nm带二维片材的开发开拓了了高架道路,并宇宙探索了各向喜欢的人层状2D材料肯定界定建筑项目堆叠主产生的奇特物理性迹象。


全文链接转换://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.01.022


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