Nature刊发华理朱为宏教授团队最新研究成果( 二 )
性能提升:更好的材料、更优的性能
以上述研究为基础 , 研究人员制备出一系列高结晶性的RC-COF材料 , 由此也验证了上述策略的有效性和普适性 。
按照重构方法制备的RC-COF材料与传统直接聚合方法制备的COF材料相比 , 结晶性和多孔性得到了显著提升——比表面积提升最高可达4.5倍 , 孔容增大最多可达4倍 。其中 , RC-COFv-1在273 K和1 bar条件下对二氧化碳的吸附容量达到了147?cm3?g-1(28.9 wt%) , 打破了其它所有COF的纪录 。
高结晶性不仅带来了更高比表面积和孔隙率 , 更赋予材料更加优越的光生载流子形成和传输能力 。其中 , RC-COF-1表现出27.98 mmol h-1g-1的光催化产氢速率 , 是传统方法合成同构材料活性的4倍 , 成为目前光催化产氢活性最高的COF材料之一 。该合成策略的巧妙之处还在于 , 尿素基团引入提高了原料的抗氧化性 , 整个合成过程无需真空除氧操作 , 大大地简化了工艺流程 , 提高了生产效率 。
据研究人员介绍 , 该项工作的创新理念受到了中国优秀传统文化中“化茧成蝶”概念的启发——通过弱的可逆共价键预组装成晶态的亚稳定共价框架 , 再通过动态化学、纳米限域反应形成更稳定的全新框架 , 类似于蝴蝶从幼虫结茧最后蜕变成蝴蝶的过程 , 所谓“毅然剪断牵挂 , 力求重塑自我 , 一朝化茧成蝶 , 定当惊艳四座” 。
“该研究提出的尿素基团作为一次性的、可逆、可移除的‘共价绳索’(Disposable covalent tether)开辟了构筑兼具高结晶性和高稳定性COF材料的动态化学新范式 。”朱为宏教授说 。
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重构共价有机框架——“化茧成蝶”
【Nature刊发华理朱为宏教授团队最新研究成果】该论文是华东理工大学首次以第一通讯单位在Nature期刊上发表的研究性论文 , 张维伟博士为论文第一作者 , 朱为宏教授和Andrew Cooper教授为论文通讯作者 。研究工作得到了田禾院士的大力支持 , 测试表征方面的工作得到了上海科技大学章跃标教授和英国利物浦大学材料创新工场(Materials Innovation Factory)的协助 。该研究工作还得到了国家自然科学基金基础科学中心项目、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科技重大专项、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等项目资助 。
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