北理工王博、馮霄團隊在有機多孔骨架領(lǐng)域取得研究新進展
發(fā)布日期：2019-02-22 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 馮霄
編輯：秦月 審核：周明宇 閱讀次數(shù)：有機多孔材料包括共價有機骨架材料（COFs）、共軛微孔聚合物（CMPs）,、多孔芳香骨架材料（PAFs）等，是一類新型的具有高比表面積,、豐富孔內(nèi)環(huán)境的多孔高分子材料,。這類材料在氣體吸附與貯存、催化等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用前景,。王博教授,、馮霄特別研究員在這一領(lǐng)域開展系列研究，并于近期取得以下研究成果,。
水污染等環(huán)境問題是當(dāng)今社會面臨的一大挑戰(zhàn),，通過光催化反應(yīng)對污染物進行高級氧化降解有望成為一種更加高效、節(jié)能的污染物處理方法,。王博,、馮霄團隊通過三鍵聚合反應(yīng)構(gòu)筑了系列基于二茂鐵基元的共軛微孔聚合物（Fc-CMPs）用于有毒有害物質(zhì)降解研究。Fc-CMPs具有較大的孔徑和比表面積,，使得污染物容易進入孔道進行預(yù)富集并可充分接近易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的內(nèi)表面,，同時Fc-CMPs合適的分子軌道能級使得這類材料可高效產(chǎn)生活性氧物種。在可見光和模擬太陽光下,，F(xiàn)c-CMPs光催化降解亞甲藍的能力均優(yōu)于二氧化鈦 (P25),，并且能夠?qū)⒒瘜W(xué)戰(zhàn)劑芥子氣模擬物（2-氯乙基乙基硫醚）完全轉(zhuǎn)化為無毒產(chǎn)物。該研究工作發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué)上（ Angew. Chem. Int. Ed. , 2019, DOI: 10.1002/anie.201813598）,，文章第一作者為博士生馬麗,，通訊作者為王博和馮霄。
在前期工作中（ Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56 , 16313,，第一作者為博士生張媛媛,，通訊作者為馮霄），該團隊曾成功開發(fā)出基于環(huán)糊精的三維共價有機骨架材料（CD-COFs）,，該系列COFs為首次利用柔性基元構(gòu)筑的具有 rra 拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)并通過離子型硼元素連接的三維COFs材料,。其中，CD-COF-LiéLiPF6-EC-DMC的室溫鋰離子電導(dǎo)率可以達到2.7 mS cm-1,。然而,，其中殘留的微量電解液可能會在實際應(yīng)用過程中帶來一定的安全隱患。為解決這一問題,，該團隊將低分子量聚乙二醇（PEG）裝載入COF孔道中加速鋰離子傳導(dǎo),，制備出沒有溶劑殘留的全固態(tài)電解質(zhì),，并系統(tǒng)性研究了COF骨架電荷對于鋰離子傳導(dǎo)行為的影響，實現(xiàn)大于0.6的鋰離子遷移數(shù)以及120 °C 下1.8 mS cm?1的離子傳導(dǎo)速率,。這一簡單的通過擔(dān)載PEG加速離子傳導(dǎo)并提高工作溫度范圍的策略為將多孔材料進一步應(yīng)用于全固態(tài)電池領(lǐng)域提供了可能,。該研究工作發(fā)表在美國化學(xué)會志上，并被選為封面文章（ J. Am. Chem. Soc. , 2019, 141, 1923）,，文章第一作者為碩士生郭振彬和博士生張媛媛,，通訊作者為王博和馮霄。
有機多孔材料大多不溶不熔,，為其進一步器件化等實際應(yīng)用帶來了巨大挑戰(zhàn),。該團隊在前期大量成膜化研究基礎(chǔ)上，成功利用液液界面成膜法開發(fā)了具有不同長度烷氧基鏈修飾的系列COF薄膜材料,，并對其介電常數(shù)等相關(guān)性質(zhì)進行了研究,。該系列柔性的COF膜具有接近于空氣的介電常數(shù)值（在105 Hz下， κ = 1.19 ± 0.04）,，可媲美目前已報道的無機多孔材料,，并且這類COF薄膜材料表現(xiàn)出較好的機械性能、低介電損耗,、高擊穿電壓,、低漏電流、高抗?jié)穸群涂箯澱勰芰?。低介電常?shù)材料被廣泛應(yīng)用于電子電路器件中的絕緣層,，用于減少信號延遲、串?dāng)_噪聲和能量耗散,。除此之外,，高介電常數(shù)材料可以應(yīng)用于場效應(yīng)晶體管的柵極和電容器當(dāng)中，該團隊還利用COF薄膜裝載小分子極性化合物,，可將其介電常數(shù)提升43倍,。該研究工作發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué)上（ Angew. Chem. Int. Ed. , 2018, 57, 16501），文章第一作者為博士生邵鵬鵬,、李婕,，通訊作者為王博和馮霄。
上述相關(guān)文章鏈接如下：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813598,；https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13551,； https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201710633；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201811250,。
附團隊成員介紹：
王博,，特聘教授，前沿交叉科學(xué)研究院執(zhí)行院長,。國家杰出青年基金獲得者,，科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才,。獲 “中國化學(xué)會青年化學(xué)獎”。現(xiàn)任國際IZA學(xué)會MOF Commission常務(wù)理事,，中國交通部環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)會常務(wù)理事,，中國化學(xué)快報和中國化學(xué)學(xué)報等雜志編委。研究方向主要涉及無機有機多孔骨架材料及成膜研究,，在大氣治理,、污染物濾除和降解、儲能等領(lǐng)域開展系列研究工作,。已在Nature、Science,、JACS,、Angew.等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表60余篇論文，SCI他引超過7000次,?？諝鉃V膜等技術(shù)已經(jīng)與相關(guān)企業(yè)合作，實現(xiàn)了規(guī)?；慨a(chǎn)與工業(yè)化應(yīng)用,。
馮霄，特別研究員,，化學(xué)與化工學(xué)院,。研究方向主要為共價有機骨架材料等結(jié)晶多孔材料的構(gòu)效關(guān)系研究。以第一或通訊作者發(fā)表包括5篇J.Am.Chem.Soc.,、5篇Angew.Chem.Int.Ed.,、2篇Adv.Mater.等28篇文章。全部論文他引3200余次,，H指數(shù)30,。研究成果受到國內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)可和關(guān)注，被國際專業(yè)期刊多次評述報道,。
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