北理工課題組在含硼石墨炔類二維材料的構(gòu)筑和應(yīng)用方面取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-12-15 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：田柳 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士生趙豐貴第一作者身份在國(guó)際頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》發(fā)表題目為“Precise Preparation of Triarylboron-Based Graphdiyne Analogues for Gas Separation”的研究論文（DOI: 10.1002/anie.202317294）。北京理工大學(xué)為論文第一通訊單位,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院尹曉東特別研究員為通訊作者,。
化學(xué)工業(yè)中的分離過(guò)程，包括天然氣凈化以及氧氣和氮?dú)馍a(chǎn)這類氣體分離過(guò)程,，是能耗和碳排放大戶,，據(jù)統(tǒng)計(jì)其消耗的能源占世界能源總消耗的約15%。與蒸餾,、吸附等傳統(tǒng)分離方法相比,，膜法分離更具節(jié)能優(yōu)勢(shì)。因此,，具有氣體選擇性分離的新型膜材料的開發(fā)就成了人們的關(guān)注熱點(diǎn),。
石墨炔（GDY）是繼金剛石、富勒烯,、碳納米管和石墨烯之后的一種新型二維碳族材料,，同時(shí)具有sp和sp2雜化碳原子的獨(dú)特構(gòu)型。石墨炔具有豐富的碳化學(xué)鍵,、大的共軛體系,、多孔、優(yōu)良的化學(xué)和熱穩(wěn)定性,，有望成為新型的分離膜材料,。近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院尹曉東特別研究員等人,，基于三芳基硼單體構(gòu)筑了一系列具有類石墨炔結(jié)構(gòu)的二維材料,，系統(tǒng)研究了其含硼單體結(jié)構(gòu)，二維材料孔徑大小,，以及堆積結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,，并初步探索了其在氣體分離領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
由于硼原子的2s22p1價(jià)電子結(jié)構(gòu),，中性硼化合物（如BF3）經(jīng)常采用平面的sp2雜化構(gòu)型,，有利于形成平面二維骨架。其中,，三芳基硼（TAB）由于芳基的動(dòng)力學(xué)保護(hù),，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此,，TAB是構(gòu)建新型平面二維材料的優(yōu)良構(gòu)筑單元,。
本文采用“自下而上”的方法,，在銅箔表面通過(guò)炔-炔偶聯(lián)反應(yīng)，制備了具有可調(diào)孔徑的基于TAB的類石墨炔二維結(jié)構(gòu)（TAB-GDY）,。通過(guò)機(jī)械超聲法制備得到約4 nm的超薄TAB-GDY膜,，選區(qū)電子衍射（SAED）呈現(xiàn)明顯的六邊形對(duì)稱模式，證明了TAB-GDY薄膜的結(jié)晶性,。結(jié)合實(shí)驗(yàn)的SAED,、DFT計(jì)算的晶胞參數(shù)、堆積結(jié)構(gòu)建立和SAED模擬,，確定了TAB-GDY層間采用了多重堆積的方式,。
氣體吸-脫附實(shí)驗(yàn)表明TAB-GDY具有較大比表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，另外,，由于TAB基團(tuán)的缺電子性和乙炔鍵的富電子性,，TAB-GDY在二元?dú)怏w中表現(xiàn)出一定的IAST選擇性。其中,，DPCEDMTAB-GDY對(duì)CO2/N2和CO2/H2的選擇性最大,，分別為21.8和41.9，其次為TMTAB-GDY,、CEDMTAB-GDY和DMTAB-GDY,。此外，四種TAB-GDY對(duì)CO2/CH4（3.1-5.3）和C2H2/CO2（1.8-2.3）的選擇性相似,。
本工作結(jié)合了石墨炔和三芳基硼的優(yōu)點(diǎn),，開發(fā)了一系列結(jié)構(gòu)清晰、穩(wěn)定性好的含硼二維骨架,，其孔徑可調(diào)為今后在氣體分離領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),，進(jìn)一步豐富了石墨炔類材料家族的結(jié)構(gòu)多樣性和應(yīng)用領(lǐng)域。
上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持,。同時(shí)感謝北京理工大學(xué)分析測(cè)試中心在相關(guān)測(cè)試方面的支持,。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202317294
附作者簡(jiǎn)介：
尹曉東，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院特別研究員,，博士生導(dǎo)師,。2011年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，獲得有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位,，師從李玉良院士,。之后分別在美國(guó)羅格斯大學(xué)，南卡羅萊納大學(xué),，哥倫比亞大學(xué)擔(dān)任博士后研究員,。2018年9月入職北京理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)硼功能材料的開發(fā)及應(yīng)用。目前已在包括Nat. Chem., Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. 等國(guó)際知名期刊上發(fā)表SCI論文70篇,。
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