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戴李宗教授团队建立共价有机框架材料动态键锁定新方法

近日,材料学院戴李宗教授团队在共价有机框架动态键锁定与功能化方面取得新进展,相关研究以“Asymmetric Hydrophosphonylation of Imines to Construct Highly Stable Covalent Organic Frameworks with Efficient Intrinsic Proton Conductivity”为题在线发表于《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。

共价有机框架材料(COFs)自2005年首次报道以来,已发展成为一个横跨多学科的研究方向,在多相催化、气体储存与分离、储能以及光电等领域有着广泛应用前景。COFs的连接单元多为动态键(硼酸酯键、亚胺键等),因此长期以来COFs材料存在“结晶性”和“稳定性”难以兼得问题。尤其是以亚胺键为连接单元的COFs,虽然种类繁多且结晶性好,但亚胺键在酸性条件下的稳定性差,极大地限制了其应用拓展。解决以上问题通常采用后合成改性的思路,高适应性、对晶格形态破坏作用小、高效率、且易功能化的COFs动态亚胺键锁定方法显得尤其重要。

戴李宗教授团队从阻燃高分子与动态高分子交叉融合的角度,提出COFs骨架中亚胺键锁定和功能化新思路。团队长期聚焦多元素杂化阻燃高分子设计与应用,将不对称氢膦酰化反应发展成为了一种耐热、阻燃杂化高分子制备的普适性策略。另外,团队近年来在含动态硼酸酯键或亚胺键的聚合物合成、程控界面组装方面也取得了系列进展。

本研究首次采用不对称氢膦酰化反应解决动态亚胺键COFs稳定性差的难题,并同步实现COFs骨架功能化:(1)耐酸性,不对称氢膦酰化反应改变了亚胺键的动态属性,使得可逆的亚胺键转变为不可逆的α-氨基膦酸,改性COFs在强酸性条件下的结构稳定性相较于原亚胺键COFs有质的飞跃;(2)耐热性,磷元素的引入有助于高温下催化成炭形成凝聚相并阻止材料进一步分解,改性COFs最大热分解温度提高了60 ℃以上;(3)质子导电,引入的亚磷酸基团还使得改性COFs具有良好的质子传导性能,在333 K相对湿度98%的条件下电导率达到10-3 S cm-1。

材料学院博士研究生鹿振武为论文的第一作者,材料学院戴李宗教授和袁丛辉教授为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目、优秀青年科学基金项目等资助。

论文链接:https://doi.org/10.1021/jacs.2c00429

(材料学院)

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