中文字幕av网,久久不卡,欧美综合一区

江東林教授團(tuán)隊(duì)Science：二維sp2碳全共軛共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)

來源: X-MOL 2017-08-23 11:36:54

碳材料由于其獨(dú)特的化學(xué)和電子結(jié)構(gòu)，近幾年被廣泛開發(fā)并用于能源及功能材料等諸多領(lǐng)域，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。其中，完全由sp2碳構(gòu)筑而成的石墨/石墨烯更是倍受青睞。因其高導(dǎo)電率、高遷移率以及較好的力學(xué)性能，常常用于超級(jí)電容器、電催化等領(lǐng)域，并表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而，如何用化學(xué)合成的方法制備完全由sp2碳（或sp2碳構(gòu)成的有機(jī)單元）組成的二維有序全共軛結(jié)構(gòu)，始終是亟待攻克的難題。傳統(tǒng)方法可以合成完全由有機(jī)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的二維共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)（covalent organic framework，COF），但是受限于其合成方法，在片段的連接成鍵過程中不得不引入B、O、N等元素，無法實(shí)現(xiàn)完全由sp2碳構(gòu)筑而成的全共軛二維有機(jī)有序結(jié)構(gòu)。

近日，日本北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（JAIST）江東林（Donglin Jiang）教授（點(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)做出了重要突破，他們在溶劑熱條件下以有序的方式連接由sp2碳構(gòu)成的有機(jī)單元，并使其通過碳碳雙鍵連接成為特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列，獲得高結(jié)晶性的二維sp2碳全共軛共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)（sp2c-COF）。該方法通過化學(xué)合成實(shí)現(xiàn)了基于sp2碳（或sp2碳構(gòu)成的有機(jī)單元）組成的二維全共軛有序排列的碳材料，該材料擁有有序的二維層狀結(jié)構(gòu)，并使其電子共軛能沿著二維sp2碳構(gòu)成的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展。這種二維全共軛共價(jià)有機(jī)聚合物有別于傳統(tǒng)的二維共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)聚合物，在空氣中可以長期放置（一年），并且在各種有機(jī)溶劑、水、酸或堿性條件下都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期的Science 雜志上，論文第一作者為Enquan Jin博士。

通過傳統(tǒng)的有機(jī)合成方法制備的基于sp2碳的碳材料只具備三維無序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該研究小組通過引入Knoevenagel反應(yīng)，在溶劑熱條件下，按一定的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成功合成了由碳碳雙鍵連接的高結(jié)晶性的二維全共軛共價(jià)有機(jī)碳框架結(jié)構(gòu)sp2c-COF。該sp2c-COF由二維sp2碳構(gòu)成的有機(jī)層狀結(jié)構(gòu)按正堆積的方式堆積而成，不但擁有芘結(jié)構(gòu)單元正堆積而成的共軛π柱狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，而且還保持著有序的一維通道結(jié)構(gòu)（圖1B、C）。每一個(gè)二維層狀結(jié)構(gòu)中π共軛沿著x 和y 軸的方向拓展，形成二維π電子共軛體系（圖1D）。通過X射線粉末衍射可以發(fā)現(xiàn)該sp2c-COF擁有高度有序的晶體結(jié)構(gòu)。

圖1. A）由sp2碳結(jié)構(gòu)單元合成sp2c-COF。B）二維sp2c-COF的原子層結(jié)構(gòu)。C）二維sp2c-COF的層狀堆積結(jié)構(gòu)。D）二維sp2c-COF的原子層結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)。E）二維sp2c-COF的層狀堆積結(jié)構(gòu)的模型構(gòu)造。圖片來源：Science

該sp2c-COF是一種有機(jī)半導(dǎo)體材料，帶隙達(dá)到1.9 eV。通過室溫下碘蒸氣摻雜，其導(dǎo)電率相比于未摻雜體系可以提高12個(gè)數(shù)量級(jí)。研究人員用電子自旋共振譜觀察該碘摻雜過程后發(fā)現(xiàn)，該過程中產(chǎn)生了所對(duì)應(yīng)的有機(jī)自由基信號(hào)，并且隨著摻雜時(shí)間的延長，該信號(hào)持續(xù)增強(qiáng)直至達(dá)到飽和。摻雜過程中所形成的有機(jī)自由基被限定在芘單元上，無法進(jìn)一步形成雙極子。該體系自旋密度相對(duì)于每個(gè)芘單元可高達(dá)0.7。相反，具有類似重復(fù)單元的一維和三維無序sp2碳材料以及擁有相同構(gòu)筑單元且以亞胺鍵連接而成的二維COF只呈現(xiàn)很低的自旋密度。這進(jìn)一步說明了所形成的高自旋密度與其自身結(jié)構(gòu)的高結(jié)晶性以及特殊的碳碳雙鍵連接方式有關(guān)。

通過觀察不同溫度下的磁滯回線，可以發(fā)現(xiàn)這種高密度自旋在低溫下可以實(shí)現(xiàn)由順磁性到鐵磁性的轉(zhuǎn)變（圖2A、B）。這意味著在該條件下這些自旋在外磁場作用下可以實(shí)現(xiàn)定向排列而形成自旋相干（圖2C）。這種獨(dú)特的自旋排列行為源于該二維全共軛共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)的高結(jié)晶性。因此，在對(duì)應(yīng)的一維和三維高分子結(jié)構(gòu)中觀測不到相似的自旋和磁行為。

該高自旋密度有序排列體系為今后設(shè)計(jì)有機(jī)高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料，應(yīng)用于有機(jī)自旋電子學(xué)相關(guān)能量轉(zhuǎn)化及器件系統(tǒng)提供了新的思路和材料平臺(tái)。

有機(jī)化學(xué)

復(fù)制鏈接

分享至微信

分享至微博

版權(quán)聲明：

1.凡本網(wǎng)注明“來源：找試劑”的所有文字、圖片、音頻和視頻文件，版權(quán)均為找試劑所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與4008-955-951聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn) 載使用時(shí)須注明來源“找試劑”，違反者本網(wǎng)將追究法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件，均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士，版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來源及作者，禁止擅自篡改違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。 3.本網(wǎng)評(píng)論版權(quán)中各網(wǎng)友的評(píng)論只代表網(wǎng)友個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本站的觀點(diǎn)或立場。

我要提問